如何以最少的組件設(shè)計(jì)有限電源的工業(yè) ACDC 電源 – 第 2 部分

為了滿足保護(hù)和限制的需求，圖 1 所示的傳統(tǒng)電源依賴于基于兩個(gè)或多個(gè)光耦合器的多個(gè)反饋回路。這些光耦合器將負(fù)載電壓、負(fù)載電流和開路故障信息傳輸?shù)街骺刂破鳌ǔＪ枪β矢哌_(dá) 150W 的反激式控制器。

此外，電流檢測電路具有外部電流檢測電阻器、用于放大和設(shè)置恒流恒壓 (CC-CV) 的精密運(yùn)算放大器，以及恒功率反饋環(huán)路?？傮w而言，分立電路的元件數(shù)量較多，會(huì)占用電路板上寶貴的空間并增加系統(tǒng)成本。

圖 1：顯示 100W 工業(yè)電源傳統(tǒng)架構(gòu)的典型框圖

圖 2 顯示了一個(gè)減少反饋回路的建議設(shè)計(jì)架構(gòu)。該架構(gòu)使用 UCC28740，這是一種 CC-CV 反激式控制器，具有用于電壓的光耦合反饋和用于恒定電流的初級(jí)側(cè)調(diào)節(jié) (PSR)。UCC28740 控制器中控件的高度集成有助于減少組件數(shù)量的設(shè)計(jì)并降低成本。

UCC28740 隔離式反激電源控制器使用光耦合器來提供恒定電壓 (CV)，從而改善對(duì)大型負(fù)載階躍的瞬態(tài)響應(yīng)。恒流 (CC) 調(diào)節(jié)通過一次側(cè)穩(wěn)壓 (PSR) 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。此器件處理光耦合反饋信息和來自輔助反激式繞組的信息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓和電流的精準(zhǔn)高性能控制。

內(nèi)部采用 700V 啟動(dòng)開關(guān)，可動(dòng)態(tài)控制工作狀態(tài)并定制調(diào)制配置文件，支持超低待機(jī)功耗，并且不會(huì)影響啟動(dòng)時(shí)間或輸出瞬態(tài)響應(yīng)。

UCC28740 中的控制算法使得運(yùn)行效率滿足或者超過適用標(biāo)準(zhǔn)。驅(qū)動(dòng)輸出接至一個(gè) MOSFET 電源開關(guān)。帶有谷值開關(guān)的斷續(xù)傳導(dǎo)模式 (DCM) 減少了開關(guān)損耗。開關(guān)頻率的調(diào)制和初級(jí)電流峰值振幅（FM 和 AM）在整個(gè)負(fù)載和線路范圍內(nèi)保持較高的轉(zhuǎn)換效率。

此控制器有一個(gè) 100kHz 的最大開關(guān)頻率并且一直保持對(duì)變壓器內(nèi)峰值初級(jí)電流的控制。保護(hù) 特性 有助于抑制一次側(cè)和二次側(cè)應(yīng)力分量。170Hz 的最小開關(guān)頻率可輕松實(shí)現(xiàn)低于 10mW 的無負(fù)載功耗。

· 低于 10mW 的空載功耗能力

· 具有針對(duì)恒定電壓 (CV) 的光耦合反饋和針對(duì)恒定電流 (CC) 的初級(jí)側(cè)調(diào)節(jié) (PSR)

· 在線路和負(fù)載上實(shí)現(xiàn) ±1% 電壓調(diào)節(jié)和 ±5% 電流調(diào)節(jié)

· 700V 啟動(dòng)開關(guān)

· 100kHz 最大開關(guān)頻率可實(shí)現(xiàn)高功率密度充電器設(shè)計(jì)

· 針對(duì)最高總體效率的諧振環(huán)谷值開關(guān)運(yùn)行

· 簡化電磁干擾 (EMI) 兼容性的頻率抖動(dòng)

· 針對(duì)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 的已鉗制柵極驅(qū)動(dòng)輸出

· 過壓、低線路和過流保護(hù)功能

圖 2：減少反饋回路的建議設(shè)計(jì)架構(gòu)

這種提議的架構(gòu)的兩個(gè)主要好處是：

· 精確的電流和功率限制，只需初級(jí)側(cè)感應(yīng)。在圖 1 所示的傳統(tǒng)方法中，輸出負(fù)載電流通過分立的運(yùn)算放大器電路檢測，并通過光耦合器傳輸?shù)街骺刂破?。在某些情況下，額外的光耦合器用于反饋冗余。直接感測輸出負(fù)載電流，并通過單獨(dú)的光耦合器電路將信息反饋給反激式控制器。另一方面，所提出的架構(gòu)使用具有成本效益且可靠的初級(jí)側(cè)電流感應(yīng)。通過嵌入在 UCC28740 中的精密 PSR 電流檢測技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高精度的輸出電流限制。電流限制會(huì)導(dǎo)致電壓折返并確保嚴(yán)格的功率限制。

· 經(jīng)濟(jì)高效的開環(huán)保護(hù)和反饋冗余。圖 1 所示的傳統(tǒng)方法使用兩個(gè)反饋環(huán)路，這兩個(gè)環(huán)路都基于光耦合器。這些光耦合器及其相關(guān)電路的相同性質(zhì)帶來了額外的故障風(fēng)險(xiǎn)；每個(gè)光耦合器都可能在類似的應(yīng)力條件下同時(shí)失效，這可能是有害的。

所提出的架構(gòu)使用單個(gè)光耦合器反饋精密輸出電壓控制。PSR 電路提供冗余電壓控制回路。PSR 在開環(huán)條件下激活，例如光耦合器反饋網(wǎng)絡(luò)故障。因此，輸出電壓被限制并調(diào)節(jié)到作為初級(jí)側(cè)反饋組件設(shè)置的值。

具有精密電壓、電流和功率限制的60W、24V 高效工業(yè)電源 突出了精密電流和電壓限制的性能結(jié)果。圖 3 和圖 4 顯示了用于精密電流調(diào)節(jié)和功率折返的參考設(shè)計(jì)板的結(jié)果。

圖 3：精密 CC-CV 操作

圖 4：精密功率折返特性