如何设计开关电源的启动电路@@

一款优质电源必然具备@@启动性能好@@、转换效率高等特点@@,但你有没有想过宽压电源的输入电压@@范围那么广@@,而电源@@IC芯片又需要稳定@@的工作电压@@,我们该如何保证模块的性能的呢@@?本文将让你从本质去了解电源模块@@。

在为@@@@系统提供@@能量的同时@@,由于自身在极端恶劣情况下的严重损耗会给电源的稳定@@性带来风险@@。好的只在电源系统启动时为@@其提供@@能量@@,当@@系统正常运行后便停止工作@@,那么怎样才能使即安全可靠又能在输出电压建立后停止工作呢@@?

1、启动电路设计构思@@

DC-DC的输入电压@@范围宽@@,而电源@@IC芯片又需要稳定@@的工作电压@@,则启动电路就需要为@@@@IC提供@@安全稳定@@的启动电压@@。如下图@@@@1所示@@,主要是一个由电阻@@和稳压管@@组成的简单启动电路@@@@,正常工作下该启动电路功耗较大@@,尤其在高温环境@@、输入高压@@、输出满载的情况下启动电路发热严重极易给系统的稳定@@带来风险@@,而且还会降低的转换效率@@。

图@@1 简单启动电路@@

图@@1 简单启动电路@@

因此@@,启动电路不适合长时间持续地为@@电源@@IC及保护电路提供@@能量@@,一般只在系统启动时刻为@@其提供@@能量@@。当@@输出电压建立后@@,则由损耗较小的辅助绕组为@@芯片及保护电路提供@@能量@@@@,而此时@@的启动电路需停止工作@@。

2、一种启动电路设计@@

如下图@@@@2所示@@,为@@现在开关电源中常用的启动电路@@,该电路采用两个三极管@@做二级放大@@,可等效为@@三端线性稳压电源@@,具有启动速度快@@、性能安全可靠@@、输出电压建立后立刻停止工作的优点@@。

输入电压@@VIN为@@NPN三极管@@Q1提供@@IB电流使用它处于放大区@@,IC为@@放大电流也为@@@@PNP三极管@@Q2的基极电流@@,通过对@@IC电流的控制@@,可使@@Q2处于饱和状态并以@@IE的饱和电流向电容@@C充电@@,直到@@ Q2处于半截止或@@半饱和状态@@。此时@@,电容就等效成一个恒流源为@@@@IC芯片提供@@能量@@,当@@电容电压降到一定值时@@,启动电路继续为@@电容充电@@@@,直到@@辅助供电有电压后@@,才通过电阻@@@@R2、R3之间的分压使@@Q1处于截止状态@@,此时@@启动电路才停止工作@@,之后芯片的供电完全由辅助绕组提供@@@@。

图@@2 标准启动电路@@

图@@2 标准启动电路@@

如下图@@@@3所示@@,为@@图@@@@2电路的实验波形图@@@@,绿色为@@@@IE电流波形@@,黄色为@@@@VDD电压波形@@(示波器采用@@zlgZDS2022)。从图@@中可看出开关电源启动可分三个阶段@@,第一阶段@@,在上电时@@IE以近似@@1mA的电流向电容@@C充电@@,当@@VDD电压达到@@UCC28C40门限电压时进入第二阶段@@,此时@@饱和电流增加至@@5mA,在为@@@@IC供电的同时继续为@@电容充电@@@@,当@@输出电压建立后@@进入第三阶段@@,此时@@IE电流为@@零@@,启动电路停止工作@@,VDD电压上升至辅助绕组电压@@。在启动的整个过程中@@,IE的电流都是比较小而且比较平缓@@,所以该电路安全可靠@@。

图@@3 实验电路波形图@@@@

图@@3 实验电路波形图@@@@

3、如何使启动电路安全可靠@@

要让启动电路安全可靠地运行@@,除了必要的理论计算以外@@,更多应该注意的是器件的选择@@,谨慎的器件选择能使电路的真实值更加接近计算的理论值@@。稳压管@@D1要选择动态电阻@@小@@、膝点低的@@,这样能使@@Q1基极的电位在输入电压@@大幅度变化下保持一个较小的波动@@,从而使得供电电压@@VDD稳定@@。电阻@@R1、R2、R3的电阻@@值在电路能正常工作下尽量取大一些@@,以减小启动电路的损耗@@。R4主要是限制@@IE电流使得@@Q2快速达到饱和点@@,如果在条件允许下@@Q2的封装尽量大一点以增强散热能力@@。

辅助绕组的电压也是影响启动电路稳定@@的因素@@,辅助绕组电压偏低@@,则会使启动电路在开关电源带载时未能完全管断@@,Q2管在高温高压满载情况下很可能会因过热而烧毁@@;辅助绕组电压偏高@@,在某些异常情况下会使得辅助绕组供电的电压接近或@@超过电源@@IC的额定电压@@,对电源@@IC构成威胁@@。辅助绕组的电压过高还会对开关电源的整体效率有一定影响@@,启动电路设计的好坏将会影响整个开关系统的性能指标@@。

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