朱漢峰

[摘 要]許多家電產(chǎn)品都需要多路穩(wěn)壓電源來(lái)供電，在電子儀器、自控裝置中也要給多種模擬及數(shù)字電路提供多路電源，如何實(shí)現(xiàn)低成本、高性能的設(shè)計(jì)是現(xiàn)代電力電子的研究方向，下面以TEA1532芯片為核心設(shè)計(jì)的一款單端反激式、寬電壓輸入范圍、多路固定電壓輸出的開(kāi)關(guān)電源為例，解析工程師在調(diào)試過(guò)程中如何解決遇到的問(wèn)題。

[關(guān)鍵詞]單芯片 重啟 輕載

中圖分類號(hào)：TM46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）01-0030-01

一、IC芯片簡(jiǎn)介

1.1 芯片功能

TEA1532是一種變頻開(kāi)關(guān)電源控制器，用于直接由整流AC線供電的準(zhǔn)諧振反激式轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，除具備標(biāo)準(zhǔn)的GreenChipTMII功能外，它還有多功能保護(hù)引腳、欠壓保護(hù)和用以防止連續(xù)模式中出現(xiàn)次諧波振蕩的斜率補(bǔ)償功能。這些功能使設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)便，所需要的外部元器件數(shù)大大減少，保護(hù)功能也極大提高。

1.2 芯片特色

TEA1532通過(guò)SO8和DIP8封裝將QR和CCM兩種操作模式集成于同一芯片內(nèi)，在QR操作模式下，TEA1532能提供真正的谷底交換、從而改善EMI性能。CCM模式則能將功率效率最大化并提供低待機(jī)功耗，在CCM模式下提供了通用保護(hù)引腳、欠壓保護(hù)、斜率補(bǔ)償和防止次諧波振蕩，還具有高達(dá)63KHz的開(kāi)關(guān)頻率和降低待機(jī)功率的周期跳躍功能，待機(jī)狀態(tài)在3W以下還可降低電源頻率。

二、工作原理簡(jiǎn)介

交流電壓經(jīng)整流平滑后為電路提供直流工作電壓，啟動(dòng)電路給電容C9充電，當(dāng)C9電壓達(dá)到15V時(shí)，TEA1532有輸出，是MOS開(kāi)關(guān)Q3（12A500V）導(dǎo)通，能量存儲(chǔ)在變壓器T1中，此時(shí)由于二次側(cè)各路整流二極管反向偏置，故能量不能傳到T1的二次側(cè)，T1的一次側(cè)電流通過(guò)R30檢測(cè)并與TEA1532內(nèi)部提供的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到這一電平時(shí)，Q3關(guān)斷，所有變壓器的繞組極性反向，輸出整流二極管正向偏置，存儲(chǔ)在T1中的能量傳輸?shù)捷敵鲭娙萜鳌?/p>

啟動(dòng)結(jié)束后，反饋線圈的電壓整流后經(jīng)取樣電阻分壓送到控制端與IC內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較來(lái)調(diào)整驅(qū)動(dòng)脈沖寬度，從而改變輸出電壓以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的控制。這樣，能量周而復(fù)始的儲(chǔ)存釋放，給各路輸出端提供電壓。

三、調(diào)試過(guò)程

在設(shè)計(jì)過(guò)程中工程師會(huì)遇到很多問(wèn)題，現(xiàn)在例舉常見(jiàn)的兩個(gè)代表性案例進(jìn)行闡述。

3.1 空載關(guān)機(jī)后，PG GO LOW約2.5S后重啟

a）原因分析

如圖3，當(dāng)A點(diǎn)的電壓經(jīng)過(guò)二極管和電容的整流濾波，再經(jīng)電阻分壓后到達(dá)UX1 PIN2，當(dāng)UX1 PIN2的電壓高于1.25V的時(shí)候，UX1 PIN5輸出高電壓，PG出現(xiàn)。從2A及以上的負(fù)載掉到完全空載或滿載到空載的動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)，輸出端的電容和變壓器副邊所儲(chǔ)存的能量非常慢的瀉放，機(jī)臺(tái)變壓器在負(fù)載跳變后的一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有能量傳輸，由于A點(diǎn)到UX1 PIN2這條線路上面電容非常小，無(wú)法維持UX1 PIN2的電壓1.25V 20ms，所以PG電壓會(huì)在跳載后跌落一段時(shí)間重新起來(lái)。

b）改善措施

為了改善此問(wèn)題，在增加QX4 P-MOS，在A點(diǎn)電壓掉到某個(gè)電壓時(shí)，QX4的GATE電壓經(jīng)過(guò)DX3拉LOW，QX4導(dǎo)通，從UX1 Vcc補(bǔ)充電壓至UX1 PIN2，保持PG不會(huì)跌落。

當(dāng)空載關(guān)機(jī)時(shí)，大電容的放電速度大于輸出端電容的放電速度，當(dāng)大電容的電壓低于某個(gè)電壓時(shí)PWM停止工作，A點(diǎn)電壓慢慢下降；當(dāng)A點(diǎn)電壓在24V以上時(shí)，QX4不會(huì)導(dǎo)通，PG會(huì)在此之前GO LOW，而當(dāng)A點(diǎn)電壓降到24V以下時(shí)，QX4開(kāi)始導(dǎo)通，UX1 PIN1的電壓會(huì)補(bǔ)充到UX1 PIN2導(dǎo)致PG重新開(kāi)啟。

關(guān)機(jī)后，CH3慢慢下降，當(dāng)?shù)陀?.24V時(shí)，PG GO LOW，此時(shí)CH2（QX4 GATE）為高，不會(huì)有能量補(bǔ)充到UX1 PIN2。而當(dāng)大電容的電壓低于某個(gè)電壓，PWM停止工作，CH2電壓往下掉，掉到低于12V時(shí)，QX4導(dǎo)通，CH3（UX1 PIN2）得到高于1.24V的電壓，導(dǎo)致PG重新啟動(dòng)。

c）方案驗(yàn)證

增加INPUT UVP線路，在AC INPUT關(guān)斷時(shí)，INPUT UVP 動(dòng)作，PWM關(guān)斷，12V OUTPUT立即開(kāi)始放電；當(dāng)QX4 GATE變低，QX4導(dǎo)通時(shí)12V OUTPUT的電壓已經(jīng)降低至無(wú)法使UX1 PIN2達(dá)到1.24V；PG不會(huì)重起。

3.2 輕載（0A～1A）關(guān)機(jī)后，12V OUTPUT重新開(kāi)啟到3V左右

a）原因分析

如圖5，當(dāng)機(jī)臺(tái)輕載關(guān)機(jī)時(shí)，AC INPUT關(guān)斷，INPUT UVP立即動(dòng)作。動(dòng)作過(guò)程：AC 關(guān)斷，U4 Vref小于1.24V，U4截止，Q1 GATE為高電平，Q1導(dǎo)通，U3 PIN4電壓被拉低，U3 PIN1輸出低電位，Q7導(dǎo)通，VCC4經(jīng)過(guò)R29，Q7，D8，R56，R81到達(dá)U2 PIN4；U2 PIN4電壓大于2.5V時(shí)，U2停止工作。輕載關(guān)機(jī)后，大電容的電壓慢慢降低，VCC4也慢慢降低，當(dāng)VCC4的電壓經(jīng)過(guò)分壓到達(dá)U2 PIN4的電壓不夠2.5V而同時(shí)大電容的電壓大于90V時(shí)，U2可以啟動(dòng)。

重載情況下，當(dāng)U2 PIN4的電壓低于2.5V時(shí)，大電容的電壓已經(jīng)泄放到低于90V，所以不會(huì)重新啟動(dòng)。b）解決方案

將R56由原來(lái)的20K改為15K，使輕載關(guān)機(jī)時(shí)U2 PIN4電壓維持2.5V以上。

四、小結(jié)

本文對(duì)反激式開(kāi)關(guān)電源電路工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，同時(shí)給出應(yīng)用電路的主要設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程，最后通過(guò)樣機(jī)測(cè)試證明該電路改造具有一定的應(yīng)用價(jià)值，達(dá)到預(yù)期效果，這種線路調(diào)試方法對(duì)后期工程師調(diào)試會(huì)有一定幫助和啟發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1] 《開(kāi)關(guān)電源理論與設(shè)計(jì)實(shí)踐》 電子工業(yè)出版社 梁適安

[2] 《開(kāi)關(guān)電源中磁性元器件》 南京航空航天大學(xué) 趙修科