AC_DC开关电源模块的电

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1999年第9期电测与仪表(ElectricalMeasurement&Instrumentation)总第36卷第405

期

AC/DC开关电源模块的电路设计

沙占友

刘

勇

安兵菊河北科技大学(050054)

(3)外围电路简单。220V交流电经整流滤

摘要介绍了由WS157构成AC/DC单片开关电源模块的电路设计。这类模块可广泛用于各类数字仪表和智能仪器中。

关键词AC/DC电源模块单片开关电源脉宽调制

引言

目前国内外新研制的小型化AC/DC电源模块,普遍采用微电子技术,把小型表面安装集成电路与微型电子元器件组装成一体,构成高

波后,可直接作为WS157的输入电压,输出端接高频变压器和高频整流滤波器构成的输出电路,即可构成20W以下的小功率开关电源。

(4)输入交流电压范围很宽,当市电从110～260V大范围变化时,仍能保证稳压输

效率AC/DC电源变换模块。选择此类开关电源模块,不仅能大大简化电源电路设计,缩短新产品研制周期,还能实现最佳性能指标,提高整机仪器仪表的可靠性,减小其体积与重量,便于安装和维护。

下面介绍单片开关电源WS157、WS106的性能特点及工作原理,然后阐述小功率脉宽调制式AC/DC开关电源模块的电路设计与性能测试。

WS157的同类产品有美国Power公司生产的TOP221～227。1WS157、WS106的性能特点

WS157与WS106的电路相同,仅封装形式不同。现以WS157为例,介绍其性能特点。

(1)集成度高。WS157是一种将脉宽调制

出。占空比调节范围是3%～47%。

(5)具有完善的保护功能,包括过流保护、过压保护、输入欠压保护(VI<80VAC)、过热

)、保护(芯片结温Tj≥145℃锁定及自动恢复

等功能。

(6)采用100kHz的开关频率,损耗低,电

源效率η>70%,抗噪声干扰能力强,能大大减小高频变压器的体积与重量。

(7)使用灵活。在构成单片开关电源时,配

降压式、升压式输出电路均可。WS157还可作为大功率开关电源的驱动级。2WS157、WS106的工作原理

WS157和WS106的外形及管脚排列分别如图1中所示。

器(PWM)、高压场效应功率开关管(MOSFET)和保护电路集成在一起的三端表面安装器件,它真正实现了无工频变压器式开关电源的单片集成化。它比L4960、L4970系列单片开关式集成稳压器的集成度更高,并能省去工频变压器。

(2)它属于双极型晶体管与MOS场效应管混合式集成电路(Bi-MOS),只有三个引出端,能以最简方式接入电路。

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图1WS157、WS106管脚排列

WS157、WS106均属于表面安装元件(SMC),仅封装形式和管脚数量不同。WS157实际上只有3个管脚(上、下两个S极在内部连通),属三端器件。其中,C(CONTROL)为控制端,S(SOURCE)是源极,D(DRAIN)为漏极。WS106为8脚双列式封装(SMD-8),共有6个S极,剩下的是D极与C极,故仍相当于三

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端器件。以WS157为例,其内部框图如图2所示。主要包括100kHz振荡器,基准电压源,PWM比较器,控制电路,驱动级,功率开关管

(MOSFET,其漏-源极可承受700V电压),

保护电路(过流、过热保护、输入欠压保护等)。此外还有偏置电路(上电后为各级电压提供合

适的工作点),恒流源,电子开关,复位等辅助电路。VD可保

护功率开关管不被反向尖峰电压所损坏。3AC/DC开关电源模块的电路设计

AC/DC开关电源模块的电路如图3所示。

图2WS157的内部框图

图3AC/DC开关电源模块的电路

其输出功率为6W(+12V、015A)。当输入交流电压在110～260V范围内波动时,输出电压几乎不变,输入电压调整率SV≤1%。当负载电流大幅度变化时,负载调整率SI=5%～

7%。

电压Vr上升,PWM比较器输出的脉冲占空比D上升,经过功率场效应管和降压式输出电路使得V0上升,最终能维持输出电压不变。反之亦然。

为了抑制共模干扰,在高频变压器线圈N2、N3的同相端之间,还并联一只1500pF/2kV的高压陶瓷电容C6。VD1～VD5选用1N4007(1A/1000V)型硅整流管;VD6选择1N4148型硅高速开关二极管;VD7须采用3A/40V以上的肖特基二极管,可选B82-004型

(15A/40V)。C2宜选2200pF/1kV高压陶瓷电

接通电源后,220V交流电首先经过桥式整

流和C1滤波,得到约+300V的直流高压,再通过高频变压器T的一次侧绕组N1,给WS157提供所需工作电压。从二次侧绕组N2上输出的脉宽调制功率信号,经VD7、C4、L0和C5进行高频整流滤波后,获得+12V、015A的稳压输出。反馈线圈N3上的高频电压则经过VD6、R2、C3整流滤波后,得到反馈电压,加至控制端C。由VD5、R1和C2构成反向峰值电压的箝位电路,能有效抑制D端的反向尖峰电压。电路工作原理分析如下:当由于某种原因致使V0下降时,反馈电压也随之降低,而误差

容。R1为C2的泄放电阻,可防止断电后在C2上积累电荷,形成高压。为降低空载电压,在输出端并联一只560Ω的负载电阻。高频变压器可选国产E-7型铁氧体磁芯,其载面积

SJ=0149cm。绕制顺序是先绕N1,再绕N2,最

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后绕N3,并需注意线圈极性。所用漆包线的线

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径与匝数已标在图3中。为防止高频变压器发生磁饱和现象,在磁芯端面还应留出1mm左右的气隙。

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