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采用 StackFET™的三相交流电高压输入高频开关电源

使用三相交流电进行工作的工业设备常常需要一个可以为模拟和数字电路提供稳定低压直流电的辅助高频开关电源极。此类应用的范例包括工业传动器、UPS 系统和能量计。

此类高频开关电源的规格比现成的标准开关所需的规格要严格得多。不仅这些应用中的输入电压更高,而且为工业环境中的三相应用所设计的设备还必须容许非常宽的波动—包括跌落时间延长、电涌以及一个或多个相的偶然丢失。而且,此类辅助电源的指定输入电压范围可以达到57  VAC 至 580  VAC 之宽。

设计如此宽范围的高频开关电源可以说是一大挑战,主要在于高压 MOSFET 的成本较高以及传统的 PWM 控制环路的动态范围的限制。StackFET 技术允许组合使用不太昂贵的、额定电压为600V 的低压 MOSFET 和 Power  Integrations 提供的集成电源控制器,这样便可设计出简单并能够在款输入电压范围内工作的高频开关电源。

采用 StackFET™的三相交流电高压输入高频开关电源

该高频开关电源电路的工作方式如下:电路的输入端电流可以来自三相三线或四线系统,甚至来自单相系统。三相整流器由二极管 D1-D8 构成。电阻 R1-R4 可以提供浪涌电流限制。如果使用可熔电阻,这些电阻便可在故障期间安全断开,无需单独配备保险丝。pi 滤波器由 C5、C6、C7、C8 和 L1 构成,可以过滤整流直流电压。电阻 R13 和 R15 用于平衡输入滤波电容之间的电压。

当集成开关(U1)内的 MOSFET 导通时,Q1 的源端将被拉低,R6、R7 和 R8 将提供栅极电流,并且 VR1 到 VR3 的结电容将导通 Q1。齐纳二极管 VR4 用于限制施加给 Q1 的栅极源电压。当U1 内的 MOSFET 关断时,U1 的最大化漏极电压将被一个由 VR1、VR2 和 VR3 构成的 450  V 箝位网络箝位。这会将 U1 的漏极电压限制到接近 450 V。与 Q1 相连的绕组结束时的任何额外电压都会被施加给 Q1。这种设计可以有效地分配 Q1 和 U1 之间的整流输入直流电压和反激式电压总量。电阻 R9 用于限制开关切换期间的高频振荡,由于反激间隔期间存在漏感,箝位网络 VR5、D9 和 R10 则用于限制初级上的峰值电压。

输出整流由 D1 提供。C2 为输出滤波器。L2 和 C3 构成次级滤波器,以减小输出端的开关纹波。

当高频开关电源输出电压超过光耦二极管和 VR6 的总压降时,VR6 将导通。输出电压的变化会导致流经 U2内的光耦二极管的电流发生变化,进而改变流经 U2B 内的晶体管的电流。当此电流超出 U1的 FB 引脚阈值电流时,将抑制下一个周期。输出稳压可以通过控制使能及抑制周期的数量来实现。一旦开关周期被开启,该周期便会在电流上升到 U1 的内部电流限制时结束。R11用于限制瞬态负载时流经光耦器的电流,以及调整反馈环路的增益。电阻 R12 用于偏置齐纳二极管 VR6。

IC  U1  (LNK  304)具有内置功能,因此可根据反馈信号消失、输出端短路以及过载对该电路提供保护。由于 U1 直接由其漏极引脚供电,因此不需要在变压器上添加额外的偏置绕组。C4 用于提供内部电源去耦。

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