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启动和集成电路供电电路的设计

作者:管理员时间2014-08-14

启动和集成电路供电电路的设计

启动和辅助电源给控制集成电路(IC)和功率开关驱动电路提供工作电压,有时把这个电路叫做自启动电路。由于这部分电路所有输入和输出的功率都属于损耗,因此在保证其所有功能的条件下,应尽可能提高它的效率。

自启动电路在高输入电压的情况下显得更加重要,因为输入高于直流20V时,输入电压不能直接供电给控制IC和功率开关,而是需要采用启动,辅助电源电路。这部分电路的主要功能是用一个分流或串联的线性电源给控制器和功率开关驱动电路提供比较稳定的电压。

 电源从完全关机状态启动,通常要求当输入功率加到电源上时,就要从输入电源母线上汲取电流。启动电路允许的输入电压比电源输入电压的最大值(包括可能通过电源输入滤波器的浪涌电压)还要高。对于这个电路,需要考虑其所需的功能。启动电路有一些常用的功能,它的功能要适合整个系统的工作需要。

1.  电源输出短路的情况一旦结束,回到正常工作时,要立刻使控制/功率开关电路的所有功能工作。

 2.当发生短路时,电源要进入隔重启动模式,短路情况一旦消失,电源就重新启动。

3.在短路期间,进入完全关机状态,然后关闭系统。输入功率也要切断,在重新启动电源的时候再合上。

前面两种启动电路的方式使用得比较多,在有可移动部分的系统中,推荐使用这两种方式。比如电话系统、插卡系统或一些人们容易不注意使负载短路的常规服务系统。在一些重要仪器中,当错误操作会对仪器或操作人员造成损害时,对其进行关闭的功能也是必要的。

在那些增加一小部分损耗并不重要的产品中,经常用简单的齐纳管分流电源,见图46。在这里,启动电流始终从输入电流母线输入,即使在电路稳定工作期间也是如此。当启动电流小于IC和驱动电路工作所需电流(约0.5mA)时,电源就进入间隔恢复的模式,如果启动电流足够大(约10~15mA),在短路期间电源保持在过电流反馈状态,一旦短路状态消失,电源立刻恢复工作。不同之处在于驱动电路工作时的损耗不一样。控制IC上的低电压限制(10wvohage inhib—It— LVI)的滞环带宽也会影响电源的间隔重启。给IC 供电的旁路电容值要不小于10 F,以便存储足够的能量,这样在电压跌落到LVI值之前,就完成对电源的启动工作。大体上来说,滞环电压越高,电源刚开始启动时就越可靠。

                 图46 由齐纳二极管提供的控制供电电源

 对离线式开关电源,如果启动电路始终从电源输入线获取电流,会产生很可观的损耗,所以建议在电路稳定工作后切断启动电路。当整个电源进入稳定工作状态后,IC和驱动电路就可以从变压器的附加绕组上获取所需电源。这样,转换效率可达75%,比起上面所述的方法,效率可以提高5%一10%。图47所示的就是这种电路。该电路是个高电压、有电流限制的线性电源。在电路稳定工作期间,发射极上的二极管和基射极反偏,这样就完成了对启动电流的切断过程。小信号晶体管的VCEO(SUS)要求高于最高输入电压,几乎所有的损耗都消耗在集电极的电阻上。在稳定工作时,就只有很小的偏置电流流过晶体管的基极和齐纳二极管。

此外,在发生短路的情况下,设计者可以选择让电源工作在间隔重启方式,或是在这种情况下,让IC和驱动电路继续工作。通过选择集电极上的电阻,使流过它的电流是0.5mA或15mA,就可以选择相应的工作方式。

                          图37 高电压线性电源自启动电路(只在启动和反馈期间工作)

这种方法的一种变形电路是过电流关断电路,见图48。该启动电路是个分立、高电压、单次启动电路,只有在刚开始启动时起作用,启动后就完全关断。如果发生过电流反馈的情况,Ic和驱动电路就无法从供电电源中获取电流。这样就关断了整个电源系统,只有关断输入电源以后,才能再次启动。

                    图38 过电流关断电路

上 面介绍的这些设计方法,在笔者的一些实际应用中有很大帮助,但同一种工作原理可以有很多不同的执行电路。如果采用不同的设计方法,有一点要牢记;在开关电 源的整个工作寿命期间,电源启动这段时间是最易发生损坏的。也就是说,启动过程比其他的任何工作过程都更易发生故障。电源系统各个部分的供电顺序安排也很 严格。只有给功率开关管驱动电路完全供电后,控制IC才能输出开关信号。如果不是这样,功率开关管就不是工作在饱和区,功率开关管会因损耗过大而损坏。

另外需要注意的是电阻的额定电压。对于1/4W电阻,额定的损坏电压是直流250V;对于1/2W电阻,额定的损坏电压是直流350V。在离线式变换器中,连接到输入线所有分支上的电阻都要用两个串联。

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