低功耗AC/DC开关电源的设计

钱 纯 海南师范大学物理与电子工程学院 571158



低功耗AC/DC开关电源的设计

钱 纯 海南师范大学物理与电子工程学院 571158

【文章摘要】

随着我国经济与科技的高速发展，促进电子产品应用数量快速增长，同时促进电源管理芯片应用需求量的增加。新时期面对新的机遇和挑战，要加强开关电源的创新设计，改变其体积、重量、功耗、效率等多方面性能，以更广泛应用于电子设备中。目前低功耗开关电源设备成为应用新形势，本文将针对低功耗AC/DC开关电源的设计展开探讨，结合AC/DC开关电源控制器原理及相关知识进行详细分析。

【关键词】

低功耗；AC/DC控制器；开关电源；优化设计

随着经济与科技的发展我国已步入信息化时代，电子设备的应用成为人们生产生活中必不可少的工具，目前电子设备中常见的电源类型主要包括线性电源与开关电源。基于开关电源自身具有诸多性能优势如体积、功耗、效率等，因此在电子设备中广泛应用。无论是国际还是国内针对开关电源的应用都是主流趋势，因此加大对开关电源技术的应用与研究具有重要作用。下面本文将针对低功耗AC/DC开关电源的设计展开探讨，结合AC/DC开关电源控制器原理及相关知识进行详细分析。

1 基本原理

开关电源整流电路一般选择晶体二极管构成桥式电路，保证电路结构简单，运行效率高。通过图1可知开关电源原理电路。

开关电源输出电压一旦调整，分压网络检测到输出电压Vout变化量，将Vout变化量与参考电压在比较之后放大，再将电压输出作为PWM控制模块输入信号，以输入信号大小进行脉冲宽度调节，控制功率开关管的关断。

当交流变压通过过桥式电路后直接转为初步直流电压，通过DC/DC转换，得到较稳定的直流电压，其电压值与所需电压稳定一致。因此，单片AC/DC开关电源设计关键在于DC/DC变化控制器设计。变换控制器类型多样化，但工作原理具有一致性，主要原理为：通过控制电路产生与误差信号相关的开关信号，进而去控制功率开关管的关断，通过电感、电容储能与释放保证电压稳定。

图1　开关电源原理电路

2 芯片系统设计

通过对国内外开关电源的应用现状以及电源设计趋势，设计一款低耗能、高性能AC/ DC电源供应控制器。在芯片系统设计中主要应用PFM模式构建DCM反激电源供应。

通过对芯片的应用环境分析，以及对芯片设计要求的考虑，基于AC/DC开关电源芯片结构，在进行系统设计中应保证以下功能设计：

（1）节约成本，除去光耦和次级恒压控制电路，选择原边调整控制技术，即PSR技术；

（2）以负载大小为基础依据，对恒压模式进行自动调节，或对恒流模式自动调节，恒压恒流模块需达到自动调节基本功能；

（3）保障电路正常运行，具有VCC欠压锁定以及之后功能，VCC开启电压为9V，跳出VCC电压为14.5V；

（4）振荡器的主要频率控制在100kHz；

（5）系统内设软启动功能，软启动时间为6ms；

（6）为避免开关管导通的瞬间因电流使系统运行出现误差，因此要进行内置前沿隐消电路；

（7）带隙基准电路要保证为多路输出，目的在于保障内部不同参考电压需求。

在此功能与指标的设计基础上，可确定功能实现要包括不同模块电路，如振荡器、过压保护电路、峰值电路检测电路等等。主要系统设计图如下图2所示。

图2　芯片系统内部结构图

通过不同模块功能的设计，完善芯片系统整体设计。通过振荡器模块设计使信号产生稳定，并占空比可控信号，主要频率为100kHz；峰值电流检测模块的设计，主要是利用采样回路电流实现的开关管控制；恒压/恒流控制模块设计主要是对功率开关管NPN关断的控制。通过多模块之前交叉配合，实现低耗能、高性能开关电源设计。

3 结束语

自上世纪90年代后开关电源的发展与应用逐渐普及，在带电子设备中广泛应用。随着近几年经济与科技高速发展给开关电源提出了更高要求。本文针对AC/DC控制器的开关电源进行设计，以满足低耗能、高可靠的“绿色”开关电源的设计方向。在今后开关电源设计中应进一步提高电源控制芯片效率，提高集成化程度，实现智能电源控制设计。

【参考文献】

[1]汪军,黄健明,骆德汉,田庆兵.一种高效、低功耗开关电源的研究与设计[J].机械与电子,2008,05:23-25.

[2]王海永,李永明,陈弘毅.集成的BiCMOSDC/DC开关电源控制器输出驱动电器的低功耗设计[J].电子器件,2001,01:1-6.

[3]郝炳贤,吴晓波,陈海.多模式开关电源控制芯片的低功耗设计[J].固体电子学研究与进展,2009,01:126-131.

[4]Chen J J,Hsu J H, Hwang Y S,et al.ADCDC buck converter with load-regulation improvement using dual-path-feedback techniques[J].Analog Integrated Circuits and Signal Processing, 2014,79(1):149-159.

[5]徐平凡,肖文勋,黄少辉.一种新颖开关电源低待机损耗控制电路的设计[J].电力电子技术,2014, 48(2): 87-89.