變頻開關(guān)電源控制器TEA1532實(shí)現(xiàn)打印機(jī)AC適配器的設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 變頻開關(guān)電源控制器TEA1532實(shí)現(xiàn)打印機(jī)AC適配器的設(shè)計(jì) 由通用交流適配器供電的消費(fèi)品和PC外設(shè)的數(shù)量正在迅速增長(zhǎng)。該適配器是指能插入頻率在47到63Hz間，提供電壓有效值在90V至264V范圍內(nèi)的交流電插座上的適配器。這些AC適配器體積小巧且提供連續(xù)的超過(guò)50W的輸出功率，從而使許多設(shè)備不再需要內(nèi)置電源。在打印機(jī)等應(yīng)用中，對(duì)峰值功率有較高的要求，它們?cè)诙虝r(shí)間的突發(fā)工作以外，要有相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間都處于待機(jī)模式。這意味著這些應(yīng)用中的AC適配器從滿載到空載必須保持很高的轉(zhuǎn)換效率，以維護(hù)其“綠色”標(biāo)準(zhǔn)。本文描述了一個(gè)打印機(jī)AC適配器的設(shè)計(jì)方案，它基于飛利浦TEA15

2、32GreenChipTMII開關(guān)模式電源（SMPS）控制器，提供60W持續(xù)輸出功率和90W峰值輸出功率。 這類電源標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求輸出電壓為：20V4%，其紋波和噪聲要分別低于350mV和200mV。所謂的“綠色”標(biāo)準(zhǔn)有三點(diǎn)要求：1）在滿負(fù)載（輸出功率為60W時(shí)工作效率應(yīng)該高于80%；2）在待機(jī)模式下（輸出功率為500mW時(shí)），其輸入功率要低于1.25W；3）在空載情況下（打印機(jī)與適配器斷開，但仍與AC線連接）輸入功率要低于700mW。 電源拓?fù)浼軜?gòu) TEA1532是一種變頻開關(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。雖然TEA1532可以工作在連續(xù)模式和非連續(xù)模式兩種模式，但

3、這款A(yù)C適配器選用了準(zhǔn)諧振模式（非連續(xù)模式的邊界上），因?yàn)檫@種模式的電路拓?fù)浼軜?gòu)容易理解且容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。 TEA1532采用SO8或DIP8封裝，在準(zhǔn)諧振模式下具有真正的谷底轉(zhuǎn)換，以確保改善EMI性能。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。 TEA1532有一項(xiàng)特殊的功能就是谷底鎖定特性，在大多數(shù)操作環(huán)境下，它能鎖定功率晶體管導(dǎo)通在準(zhǔn)諧振波形中的特定谷底（谷底1、2、3等）。這不僅降低了開關(guān)損耗，也阻止了由于變壓器電流調(diào)制在變壓器中產(chǎn)

4、生的可聞噪音，尤其當(dāng)采用低質(zhì)量膠合芯的低成本變壓器時(shí)更是如此。 如圖1所示，利用不同的谷底開通功率MOSFET，可以在各種工作頻率下提供應(yīng)定的功率。OCP線代表了過(guò)電流保護(hù)界限，在線的右邊不可能工作。如果負(fù)載增加較慢，電路將繼續(xù)在同一谷底中轉(zhuǎn)換，直至到達(dá)過(guò)電流保護(hù)界限點(diǎn)。然后，TEA1532將重新設(shè)定谷底計(jì)數(shù)器并探尋新的工作模式，采用序號(hào)較低的一條谷底及相應(yīng)的新的開關(guān)頻率和峰值電流。在此過(guò)程中，輸出電壓并不發(fā)生改變。 在非連續(xù)模式中，變壓器初級(jí)側(cè)線圈的電流通常在新的循環(huán)開始前要回歸零。TEA1532通過(guò)能提供Vcc供電的輔助線圈感知變壓器磁化。只有在變壓器磁芯完全去磁和感知到適當(dāng)?shù)墓鹊字岛蟛砰_

5、始新的循環(huán)。 TEA1532采用電流模式控制。電流模式控制本身具有良好的交流紋波抑制特性。TEA1532的控制環(huán)路通過(guò)比較變壓器初級(jí)側(cè)線圈上的電流與其“CTRL”引腳上的誤差電壓（該誤差電壓是通過(guò)光隔離器耦合過(guò)來(lái)的）以產(chǎn)生所需的初級(jí)側(cè)線圈“導(dǎo)通”時(shí)間。 在低負(fù)載的情況下，控制器進(jìn)入減頻模式，此時(shí)初級(jí)側(cè)線圈“導(dǎo)通”時(shí)間設(shè)置到 值，輸出功率由變化的開關(guān)頻率控制，降低工作頻率使開關(guān)損耗減到 。針對(duì)更低的輸出功率（例如：在待機(jī)和空載條件下），TEA1532進(jìn)入跳周期模式。只要輸出電壓仍處于較高狀態(tài)，功率開關(guān)晶體管就保持在截止?fàn)顟B(tài)。這個(gè)功能使“空載”功率耗散控制在700mW以下，且無(wú)需額外的電路。在連續(xù)

6、模式下，可實(shí)現(xiàn)空載功率耗散在300mW以下。 元器件選擇 這款設(shè)計(jì)中重要的元器件選擇包括：輸入解耦電容、變壓器（芯尺寸、匝數(shù)比和初級(jí)側(cè)線圈電感）、MOSFET功率開關(guān)、輸出二極管和電容器。詳細(xì)設(shè)計(jì)方程可以從應(yīng)用說(shuō)明AN10316_1中找到 在滿載且 電壓供電單周期情況下，為了維持變壓器初級(jí)側(cè)線圈上足夠的電壓，輸入解耦電容器的容值必須足夠高。在90V/50HzAC線供電下，為了維持變壓器初級(jí)線圈所需的 77V的電壓，建議用139F電容值。因此在此設(shè)計(jì)中選擇 接近標(biāo)準(zhǔn)的值：150F。 設(shè)計(jì)變壓器的過(guò)程并不簡(jiǎn)單。首先要決定所需的匝數(shù)比。它的上限和下限由建議采用的功率MOSFET晶體管的 漏源電壓（V

7、DS）和次級(jí)整流二極管的反向電壓限決定。功率MOSFET要承受由于變壓器漏感產(chǎn)生的電壓尖峰，它在磁芯消磁開始時(shí)加到輸入峰值上（265V交流供電時(shí)峰值輸入電壓為373V）。尖峰電壓的幅值隨著漏感及變壓器輸出的增加而增加，它確定了匝數(shù)比的上限。次級(jí)整流二極管的反向承受電壓決定匝數(shù)比的下限。針對(duì)600VVDS功率MOSFET和100VVR二次整流器二極管的選擇，匝數(shù)比的上、下限分別為5.22和4.66，因此選擇匝數(shù)比為5。 變壓器的初級(jí)側(cè)線圈電感由 輸入電壓下所到達(dá)的 輸出功率決定。在這樣的前提下，適配器必須在接近 頻率和峰值電流的情況下工作，這意味著TEA1532要在消磁后 個(gè)振蕩谷底處開啟功率M

8、OSFET。為了計(jì)算所需的初級(jí)側(cè)線圈電感，就必須確定振蕩周期，它由T-on+T-off+T-osc構(gòu)成，詳見(jiàn)圖3。 ） 由于TEA1532在這些條件下的谷底檢測(cè)的頻率上限為700KHz，所以決定在功率MOSFET漏極上加一電容，使之與變壓器初級(jí)側(cè)線圈電感在450KHz諧振。這樣不僅提供了充足的設(shè)計(jì)余量而且限制了漏極上的dV/dt。T-osc因而設(shè)置在1.11s。 的T-on由 開關(guān)頻率的 值（50KHz）下的 占空比決定，而 占空比由匝數(shù)比（5）、初級(jí)側(cè)線圈上的 直流電壓（77V）、輸出電壓（20V）和次級(jí)整流二極管的正向電壓降（0.5V）決定。在以上情況下， 占空比為0.57，對(duì)應(yīng)的 T-o

9、n時(shí)間為10.7s。 初級(jí)側(cè)線圈電感要求在57KHz時(shí)傳送的 功率為98W（標(biāo)稱90W輸出加損耗），計(jì)算得到電感197H和對(duì)應(yīng)峰值電流4.15A。從變壓器磁芯參數(shù)可計(jì)算出初級(jí)側(cè)線圈匝數(shù)（磁芯Bmax=220mT和Ae=109mm2時(shí)為35匝）。匝數(shù)比再?zèng)Q定次級(jí)線圈所需的匝數(shù)量。 一旦以上的參數(shù)確定之后，余下的大部分設(shè)計(jì)就相比照較簡(jiǎn)單了。通過(guò) 初計(jì)算出的初級(jí)側(cè)線圈峰值電流可以決定電流感測(cè)電阻器的值。變壓器次級(jí)線圈上的伏特/匝可用于確定輔助線圈（為TEA1532提供 值為13VVcc的供電）的匝數(shù)。峰值鉗位二極管（D105）的選擇主要有四個(gè)方面考慮：反向額定電壓等于或高于MOSFET的VDS值，額定電流高于初級(jí)側(cè)線圈峰值電流，具有非常低的正向恢復(fù)電壓和短的反向恢復(fù)時(shí)間。還要檢查漏-源電容（MOSFET電容加外部諧振電容器）值，使MOSFET關(guān)閉時(shí)的轉(zhuǎn)換率（dV/dt）限定在一個(gè)安全值（只要次級(jí)輸出電壓的峰值