Vlper12A开关电源芯片在家用洗碗机控制器的应用

2011-05-15 09:17:16来源: 互联网

引言

随着电子技术的发展,家电控制器的小型化、轻便化和低成本要求使得电源也朝着轻便、小薄、以及高效的方向发展。虽然传统的线性电源技术技术现在已经比较成熟,也具有大量集成化的线性稳压电源模块,而且稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠。但是,其通常需要体积大且笨重的工频变压器和隔离单元,而且滤波器的体积和重量也很大,因而其电源效率很低,一般只有45%左右,很难满足电子设备发展的要求。而开关电源由于不需要沉重的电源变压器,且具有体积小、重量轻、输入电压范围宽、效率高的优点,同时,随着开关电源的日趋高频化,其体积也更加小巧,因此,开关电源在家电产品的应用前景也更加广阔。

1开关电源的工作原理

开关型稳压电源通常采用功率半导体器件作为开关,通过控制开关的占空比来调整输出电压。由于开关型稳压电路中的调整管工作在开关状态,因而功耗小,电路效率高。开关电源的种类很多,按调整管与负载的连接方式可分为串联型和并联型,串连开关稳压电路为降压型电路,并联开关型稳压电路则是升压型电路。其调制方式可分为脉冲宽度调制 (PWM)、脉冲频率调制(PFM)和混合调制。这其中尤以PWM最为盛行,本文主要介绍PWM开关电源。

一般情况下,各种方式开关电源的工作原理基本相同,图1所示为开关电源的基本结构方框图。开关电源的工作原理主要是根据输入电压的高低和输出电压的变化,通过反馈电路来控制开关的占空比,以改变控制脉冲的宽度,并将输入的电压变换成脉冲信号,再经脉冲变压器变压后加到输出整流滤波电路,最后经平滑滤波,产生与输出脉冲宽度成比例的直流输出电压。

开关电源的基本结构方框图

PWM控制过程一般是在保持调整管开关周期T不变的情况下,通过改变开关管的导通时间Ton来调节脉冲占空比,从而达到稳压的目的。目前,很多厂家已经推出了多种脉宽调制型开关电源的控制器芯片,他们大多都将开关管集成于芯片之中,且含有各种保护电路。

2  VIPER12A智能开关电源芯片

VIPer12A是一款采用VIPer系列做控制元件的低成本单片智能开关电源IC,其组件包括一个60 kHz的集成脉宽调制控制器和一个击穿电压为730 V的高压功率MOSFET,VIPer12A具有智能增强调整功能,其内置有保护控制单元,故其外部电路所需的元件数只有分立电路一半,因此,非常符合家电控制器的设计要求。

图2所示是VIPerl2A的引脚排列图,该器件有SO8和DIP8两种封装形式。各引脚的功能如下:

VIPerl2A的引脚排列图

SOURCE:源极引脚,为内部MOSFET的源极端和电路参考地:

FB:反馈引脚,反馈输入,用于扩展0~1 V反馈控制电压范围,同时限定MOSFET的漏极电流峰值;

VDD:电源引脚,用于给芯片内部的控制电路提供电源,同时它也与漏极高压电流源相连。为了保证电源更为可靠,其起动开启阈值(典型值)应为14.5 V,并应在8 V时关闭;

DRAIN:漏极引脚,为高压功率开关MOS-FET的漏极端,同时也可用于内部高压电流源和充电,其最高耐压为730 V。

3  应用电路

图 3所示是利用VIPer12A做控制元件的一种洗衣机和洗碗机控制器中的开关电源电路。该电路通过耦合电感来实现两路输出的变换,其变换器是基于降压型的 BUCK电路。该电路采用离线模式工作,具有很宽的输入电压范围(从80~285V的交流电压),可以提供Vout1为5 V,Vout2为24V的两路输出。两路输出都使用二极管来防止过压,分别分别为图中的VD04和VD05。

 一种洗衣机和洗碗机控制器中的开关电源电路

本电路的输入部分包括一个电阻RO1、一个整流二极管VD01和一个滤波电容 C01。其中电阻是为了防止电流过大而设的保护电阻。电容为滤波元件,利用它可在二极管导通时储存一部分能量,然后再逐渐释放出。滤波电容越大,滤波效果越好。但是,电容过大,二极管的发热也越严重,由此,设计时应全方面综合考虑。

输出电感L是在同一个铁氧体磁芯上绕有两个耦合绕组的电感器,利用正确的匝比和耦合因子可以得到正确的输出电压,该电路中使用的是1.5 mH的电感。

反馈电路由稳压管DZ02、三极管G01、二极管VD03、电容C04以及电阻R02和R03组成。VIPer12A的启动电压是14.5 V,关闭电压是8V。通电后,电路先对C03充电到14.5 V电压,当达到Vdd的开启电压时,VIPer12A开始工作,MOS-FET开始开关动作。5 V和24 V输出是通过变压器的匝比得到的。当5 V输出减小时,由于DZ02稳压管上的电压不变,流过VD03的电流减小,从而使进入反馈引脚FB的电流减小。事实上,FB引脚对电流变化非常敏感,由此得到的反馈电压也变小,进而使电路对开关占空比进行调整,并使之变大,最后将输出电压调整回来。FB与S间的电容C02用于提高整流性能,防止高频干扰。 C08与R04主要用来进行输出滤波。

4结束语

经过实际的应用与测试证明,该电路具有很高的稳定性,而纹波只有20 mV,而且重量很轻,同时符合国际机构的电磁干扰要求,是一种性能很好的开关电源。

关键字:芯片  控制器  应用

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0515/article_8514.html
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