单片机电源模块的设计分析

2011-10-30 16:38:25来源: 互联网
引言

  特种单片开关电源有两种设计方案:第一种是采用通用单片开关电源集成电路(例如TOPSwitch-Ⅱ、TOPSwitch-FX、 TOPSwitch-GX等系列),再配上电压控制环、电流控制环等外围电路设计而成的,其特点是输出功率较大,但外围电路复杂;第二种是采用最近问世的 LinkSwitch系列高效率恒压/恒流式三端单片开关电源芯片,或选用LinkSwitch-TN系列、DPA-Switch系列单片开关电源专用 IC,这样可大大简化电路,降低成本,适合构成中、小功率的特种开关电源。

1  2.5W恒压/恒流式充电器模块

  下面介绍一种由LNK500构成的2.5W恒压/恒流式充电器模块。它适用于手机电池充电器、个人数字助理(PDA,即Personal Digital Assistant)、便携式音频设备、电动剃须刀、家用电器的内置电源(如彩电的备用电源、偏置电源)等领域。

1.1  性能特点和技术指标

  1)采用高效率恒压/恒流式单片开关电源LNK500,交流输入电压范围是85~265V,当交流输入电压为265V时,漏电流<5μA,额定输出电压为5.5V,最大输出电流为0.45A,输出功率为2.5W。

  2)低功耗,高效率,空载功耗<0.3W,电源效率的典型值η≈68%。

  3)在峰值功率点,允许输出电压有±10%的误差,当初级电感量Lp的误差为±10%时,输出电流有±25%的误差。

  4)电路简单,价格低廉,该电源仅需23个元器件,不需要次级反馈电路,用初级电路即可实现恒流/恒压输出,允许采用低价格、小尺寸的EE13型磁芯。

  5)具有过热保护、输出短路保护及开环保护功能。

  6)符合电磁兼容性国际标准CISPR22B/EN55022B。

1.2  2.5W恒压/恒流式充电器模块的电路设计

  由LNK500构成2.5W恒压/恒流式充电器模块的内部电路如图1所示。FR为可自恢复熔断电阻器,它具有限流保护作用并能限制上电时的冲击电流。由VD1~VD4构成桥式整流,由电感L1、L2和电容C1、C2组成低功耗π型滤波器,能滤除电磁干扰。L2可采用3.3μH的磁珠。在LNK500内部功率MOSFET导通时,输出整流管VD6截止,此时电能就储存在高频变压器中。当功率MOSFET关断时,VD6导通,储存在高频变压器中的能量就通过次级电路输出。VD6采用1A/100V的肖特基二极管SB1100,R4和C7并联在VD6两端,能防止VD6在高频开关状态下产生自激振荡。C6为输出端滤波电容。R5为22kΩ的负载电阻。

 


图1    2.5W恒压/恒流式充电器模块的内部电路


  由R1、C3和VD5构成的RCD型箝位电路具有以下功能:

  1)当功率MOSFET关断时,对初级感应电压进行箝位;

  2)能简化反馈电路的设计。

  控制端的反馈电流由电阻R2来设定。刚启动电源时由控制端电容C4给LNK500供电,C4还决定了自动重启动频率。

  为了降低电磁干扰,高频变压器的初级设计了两个绕组,分别为NP1及NP2。NP2被称为“抵消绕组”(cancellation winding),它经过R3及C5接初级返回端,能降低初级电路中的电磁干扰。此外,在初、次级之间还需增加屏蔽层。

  LNK500只适合在不连续模式下工作,其输出功率由式(1)确定。

  PO≈0.5ηLPIP2f(1)

  式中:PO为输出功率;

  η为电源效率;

  LP为高频变压器的初级电感;

  IP为LNK500的峰值电流;

  f为开关频率。

  不难看出,PO与LP成正比,IP2f的大小则受LNK500控制。

  高频变压器采用EE13型磁芯,配8引脚的骨架。初级绕组NP1用φ0.13mm漆包线绕90匝,NP2用φ0.16mm漆包线绕22匝,次级绕组用两股φ0.25mm的三重绝缘线绕5匝。在初、次级绕组之间用3股φ0.25mm漆包线绕5匝,作为屏蔽层。初级电感量LP=2.3mH(允许有±10%的误差)。高频变压器的谐振频率不低于300kHz。

  2.5W恒压/恒流式充电器的输出特性如图2所示。

 

 


图2    2.5W充电器的恒压/恒流输出特性

关键字:单片机  电源模块

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/1030/article_12727.html
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