??? 摘 要：提出了一種基于恒流" title="恒流">恒流驅(qū)動模式的能在10V～100V寬電壓" title="寬電壓">寬電壓范圍內(nèi)工作的串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源,，這種開關(guān)電源" title="開關(guān)電源">開關(guān)電源采用MOSFET和特殊的恒流開關(guān)驅(qū)動方式,，使開關(guān)管" title="開關(guān)管">開關(guān)管在寬電壓范圍內(nèi)始終得到理想的驅(qū)動電壓，因此效率高,、工作穩(wěn)定,、成本低?？蓱?yīng)用在工業(yè)用各種報(bào)警器產(chǎn)品和爆閃式信號燈中,。
??? 關(guān)鍵詞：寬電壓?恒流驅(qū)動?效率高?成本低
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??? 隨著電源市場的全球化，一些開關(guān)電源廠商各自采用正激[1],、反激[2],、交錯(cuò)并聯(lián)控制[3]等方式實(shí)現(xiàn)了90V～600V的交流電壓的寬電壓輸入，而各種工業(yè)用電子產(chǎn)品又要求具有直流電壓的寬電壓特性,，一般為12V～30V,但近年來這個(gè)范圍已經(jīng)顯得不夠?qū)?，因?2V～48V的產(chǎn)品頻頻出現(xiàn)，例如：韓國的S80S-DC,、S125S-DC爆閃式信號燈和SEWN50-DC警報(bào)器等,，現(xiàn)在很多用戶開始提出10V～80V的寬電壓產(chǎn)品,。因此，研究在10V～100V范圍內(nèi)能夠穩(wěn)定工作的開關(guān)電源勢在必行,。
??? 高速大功率MOSFET生產(chǎn)技術(shù)正迅速發(fā)展,，使得MOSFET的工作頻率越來越高，并且驅(qū)動方式穩(wěn)定,，價(jià)格越來越低廉,，因此廣泛應(yīng)用在各種開關(guān)電源中。串聯(lián)直流穩(wěn)壓電源雖具有調(diào)壓范圍寬,、穩(wěn)定性好,、控制線路簡單等特點(diǎn)，但其調(diào)整管的功耗大,，耐壓不是很高[4],。集成電路組成的串聯(lián)式開關(guān)電源具有效率高、體積小,、使用方便等特點(diǎn),，如L4960、LM2576,、K34063等,，但最大輸入電壓" title="輸入電壓">輸入電壓一般在50V以下[5-6]，且由于采用固定頻率的PWM方式,，因此輸入電壓必須高于輸出電壓時(shí)才能穩(wěn)定工作,，在實(shí)際應(yīng)用中受到了一定的限制。
??? 筆者提出的開關(guān)電源采用MOSFET和特殊的恒流開關(guān)驅(qū)動方式,，使開關(guān)管在寬電壓范圍內(nèi)始終得到理想的驅(qū)動電壓,，因此效率高、工作穩(wěn)定,、成本低,。可應(yīng)用在工業(yè)用各種報(bào)警器產(chǎn)品和爆閃式信號燈中,，以低成本實(shí)現(xiàn)寬電壓特性,，可提高產(chǎn)品的競爭力。
1 通用串聯(lián)型開關(guān)電源的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)
?? 通用串聯(lián)型開關(guān)電源的框圖如圖1所示,。輸出電壓取樣后經(jīng)過誤差放大器放大后控制PWM發(fā)生器產(chǎn)生脈沖,，脈沖經(jīng)過限流電阻后驅(qū)動開關(guān)管工作。開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電感儲存能量的同時(shí)給濾波電容和負(fù)載同時(shí)供電,，開關(guān)管斷開時(shí)電感上儲存的能量釋放使負(fù)載得到較穩(wěn)定的連續(xù)電流,，因此這種電源在小電感下可傳輸較大的功率，但由于其輸入電壓在寬范圍內(nèi)變化,，很難選擇合適的限流電阻,。如果選擇小的限流電阻,，低電壓下的驅(qū)動特性較好，但高電壓時(shí)由于電阻上的損耗過大,、開關(guān)管過飽和使得開關(guān)特性變差,；選擇大的限流電阻時(shí)，高電壓下驅(qū)動特性較好,，但低電壓時(shí)由于開關(guān)管工作在線性區(qū)而導(dǎo)致其過熱,。
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2 恒流驅(qū)動模式寬電壓輸入的串聯(lián)型開關(guān)電源
2.1電路的組成
??? 恒流驅(qū)動模式寬電壓輸入的串聯(lián)型開關(guān)電源的框圖如圖2所示。為了在驅(qū)動級上實(shí)現(xiàn)低損耗,，必須控制驅(qū)動電流使開關(guān)管在小電流下獲得較理想的驅(qū)動波形。MOSFET是電壓控制器件,，具有高輸入阻抗,，且只需控制電壓，但具有較大的輸入電容,，大約為500pF～1500pF, 因此采用恒流驅(qū)動方式控制MOSFET進(jìn)行開關(guān)時(shí),，若不采取特殊措施，則控制脈沖邊沿特性變差,，開關(guān)損耗大,，會嚴(yán)重發(fā)熱。
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??? 圖3為實(shí)際電路圖,。由Q4,、Q3、R6組成施密特比較器,，產(chǎn)生開關(guān)信號,。由D5、D6,、R3,、R1、D1組成的電路使施密特比較器工作在恒流狀態(tài)下,，C4加速電容使脈沖下降沿非常陡,。由Q2、R2,、D3組成驅(qū)動級保證MOSFET迅速開關(guān),，C3起軟驅(qū)動作用,上電時(shí)通過R1對C3充電，G點(diǎn)的電壓逐漸上升,Q3的輸出電流也逐漸增大,。
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2.2 恒流驅(qū)動模式的工作原理
??? 通常組成施密特比較器的Q4,、Q3都工作在開關(guān)方式，而圖3中Q4是按開關(guān)方式工作,，Q3則工作在放大區(qū)和截止區(qū),。當(dāng)Q4截止時(shí),，由于D5、D6的存在,，使Q3進(jìn)入恒流狀態(tài),，輸出電流由式(1)決定。為了得到較好的驅(qū)動波形,，把本電路的恒流電流設(shè)定為10mA,則該電流在R2兩端產(chǎn)生的壓降就是場效應(yīng)管的柵-源電壓VGS,，設(shè)定為10V，使MOSFET飽和導(dǎo)通,。
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??? 圖3中VF≈1V,施密特比較器的兩個(gè)比較點(diǎn)電壓分別為VH和VL,，由式(2)和式(3)決定。
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??? 由于加速電容C4的作用,實(shí)際工作時(shí),，MOSFET的柵-源極輸入脈沖的下降沿非常陡,，且又由于柵-源極輸入電容的作用，使VGS 波形具有一定的斜率,，這有利于MOSFET的飽和導(dǎo)通,。圖4為驅(qū)動波形。
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??? 圖5為當(dāng)輸出電壓為10V,、電流為2A時(shí),，在不同輸入電壓狀態(tài)下，圖3中A點(diǎn)和B點(diǎn)的實(shí)測波形,。由圖5可知,當(dāng)輸入電壓為13V時(shí),，MOSFET關(guān)斷時(shí)間很短，當(dāng)輸入電壓為10V時(shí),MOSFET則一直導(dǎo)通,。
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2.3 MOSFET驅(qū)動級的工作原理
??? 由Q2,、R2、D3組成驅(qū)動級,，使MOSFET迅速關(guān)閉,。Q3在恒流源狀態(tài)工作時(shí)由于C4的作用，下拉的驅(qū)動能力很強(qiáng),，下拉時(shí)D3導(dǎo)通使Q1迅速飽和,。上拉能力取決于R2,如果不加Q2直接驅(qū)動Q1，則由于Q1的輸入電容,，脈沖的上升沿較緩慢,Q1不能迅速截止,，因此加Q2的作用是提高上拉能力，使Q1迅速截止,。
2.4 恒流源的動態(tài)特性
??? 由圖5可以看出,恒流源在輸入不同電壓時(shí),，在R2兩端產(chǎn)生的電壓VGS應(yīng)始終保持10V左右，以保證在寬電壓范圍內(nèi)可靠工作。為了驗(yàn)證快速動態(tài)跟蹤性能,，在輸入端上加了50Hz,、60V的交流電壓，圖6為當(dāng)輸入電壓為交流時(shí),，圖3中A,、B點(diǎn)及VG S的工作波形。從中可以看出,，當(dāng)輸入電壓在很大范圍內(nèi)改變時(shí),，VG S 近似保持在10V左右，即圖中陰影帶部分,。
??? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用MOSFET和特殊的恒流開關(guān)驅(qū)動方式的開關(guān)電源,，能夠使開關(guān)管在10V～100V寬電壓范圍內(nèi)始終得到理想的驅(qū)動電壓，因此效率高,、工作穩(wěn)定,、電路簡單。
參考文獻(xiàn)
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?44-48.
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