TEA1520系列單片開關(guān)電源的應(yīng)用電路及設(shè)計要點

摘要：首先介紹了TEA1520系列在簡易型開關(guān)電源、精密開關(guān)電源中的應(yīng)用電路，然后介紹了其設(shè)計要點。

關(guān)鍵詞：簡易型開關(guān)電源；精密開關(guān)電源；設(shè)計；退磁

Application Circuits and Design Main Points of 

TEA1520 Family Single-chip Switching Power Supply 

SHA Zhan-you, MA Hong-tao, WANG Yan-peng 

Abstract:TEA1520 series application circuits in simple switching power supply and precise switching power supply are introduced at first,then the main points in their designs are introduced. 

Keywords:Simple switching power supply； Precise switching power supply； Design； Demagnetization

1  簡易型開關(guān)電源

    由TEA1520系列構(gòu)成的簡易型開關(guān)電源電路如圖1所示。

圖1由TEA1520系列構(gòu)成簡易型開關(guān)電源的電路

    為防止剛上電時輸入濾波電容的充電電流過大，在交流電源輸入端串聯(lián)了一只負溫度系數(shù)的熱敏電阻R1（NTC）。BR為整流橋。由C1、L和C2構(gòu)成π型濾波器。交流電源電壓u經(jīng)過整流濾波后獲得直流高壓UI，給高頻變壓器一次側(cè)供電。由VDZ和VD1構(gòu)成的鉗位保護電路，可將漏感產(chǎn)生的尖峰電壓衰減到安全范圍內(nèi)，避免損壞芯片。二次繞組電壓通過VD3、C5整流濾波后，獲得輸出電壓UO。反饋繞組電壓UF分成兩路：第一路經(jīng)過VD2、R2、C3整流濾波后，給TEA1520提供電源電壓UCC，再經(jīng)過R3、R4分壓后得到反饋電壓UREG，加至TEA1520的腳4；另一路則通過退磁電阻RAUX接腳5。R5和C4分別為振蕩電阻、振蕩電容。RI是過流檢測電阻，利用過流保護電路可限制漏極電流不超過極限值。C6為安全電容。

2  精密開關(guān)電源

    由TEA1522T構(gòu)成的3W精密開關(guān)電源電路如圖2所示。當配80～276V交流電源時，最大輸出功率可達7W。與圖1所示電路相比主要有以下區(qū)別：

圖2  由TEA1522T構(gòu)成的3W精密開關(guān)電源電路

    1）電路中增加了由可調(diào)式并聯(lián)穩(wěn)壓器（TL431）和光耦合器（SFH6106－2）組成的光耦反饋式電路；

    2）輸出級采用兩級濾波器，第一級濾波器由C3構(gòu)成，第二級濾波器由L2、C4構(gòu)成，亦稱后置濾波器，可進一步濾除紋波電壓；

    3）在UCC-REG端之間并聯(lián)一只反向擊穿電壓為22V的1N6008B型穩(wěn)壓管，一旦UCC>22V，可起到鉗位保護作用。

    一次側(cè)的鉗位保護電路由VDZ1和VD1所組成。其中，VDZ1為BZD27－C160型瞬態(tài)電壓抑制器，可直接用P6KE160或者P6KE200來代替。阻塞二極管VD1實選BYD37J型600V／1.5A快恢復二極管，亦可選UF4005型600V／1A的超快恢復二極管，VD3采用STPS340U型400V／3A的肖特基二極管。SFH6106－2型光耦合器亦可用PC817A來代替。高頻變壓器采用EE13型磁芯，一次繞組匝數(shù)NP=134匝，其電感量LP=1.8mH。二次繞組匝數(shù)NS=8匝，反饋繞組匝數(shù)NF=22匝。

    該電源具有良好的穩(wěn)壓性能。舉例說明，當UO降低時，經(jīng)過R5、R6分壓后得到取樣電壓，與TL431內(nèi)部的2.50V基準電壓進行比較之后，使K點電位升高，LED的工作電流減小，再通過光耦合器使UREG升高，令TEA1522T的輸出占空比增大，迫使UO升高，恢復到穩(wěn)定值，從而達到了穩(wěn)壓的目的。RI為過流檢測電阻，RAUX為退磁電阻。R7和R8是LED的限流電阻。R7還與C8構(gòu)成濾波器，可濾除高頻干擾。C7可適當降低誤差放大器在高頻端的增益，防止出現(xiàn)自激振蕩。R9和C10用以改善誤差放大器的瞬態(tài)響應(yīng)。C11為安全電容，能夠濾除由一次、二次繞組間分布電容產(chǎn)生的噪聲電壓。

    當u=75～275V時，實測空載時的待機功耗（PD）與電源電壓（u）的關(guān)系曲線如圖3所示。由圖3可見，PD最大不超過63mW，遠低于100mW，這是TEA1520系列產(chǎn)品的一大特點。開關(guān)電源輸出功率（PO）與開關(guān)頻率（f）的關(guān)系曲線如圖4所示，不難看出，在小功率輸出時，開關(guān)頻率隨著輸出功率的減小而迅速降低，這是此系列產(chǎn)品的另一顯著特點。

圖3  待機功耗與電源電壓的關(guān)系曲線  [!--empirenews.page--]

圖4  輸出功率與開關(guān)頻率的關(guān)系曲線

3  設(shè)計要點

    下面介紹TEA1520系列單片開關(guān)電源的設(shè)計要點。需要指出，設(shè)計TEA1520系列時所用的公式與TOPSwitch－Ⅱ系列有所不同，原因之一是這兩種芯片的特性存在差異，原因之二是在設(shè)計方法上二者有一定區(qū)別。下面以3W精密開關(guān)電源為例，介紹TEA1520系列的設(shè)計要點。

3.1  開關(guān)頻率

    通過選擇振蕩電阻與振蕩電容值，即可設(shè)定開關(guān)頻率，允許范圍是20kHz～200kHz。取R2=7.5kΩ、C5=330pF時，開關(guān)頻率f≈115kHz，可近似視為100kHz。振蕩電容容量的允許范圍是220～1000pF，不得小于220pF，否則電路可能不起振。如取C5=100pF時，欲設(shè)計f=200kHz，開關(guān)電源就無法正常工作。

3.2  高頻變壓器的設(shè)計

    1）一次繞組的電感量LP

    計算LP的公式為

        LP=   （1）

式中：IP為一次繞組的峰值電流。

    2）磁芯的選擇

    所選用的磁芯應(yīng)能滿足存儲最大能量并留有一定氣隙寬度的要求。但二者之間也存在著矛盾，盡管增大氣隙寬度可以存儲更多的能量，但泄漏電感也會隨之增大，因此應(yīng)做綜合考慮。高頻變壓器所存儲的最大能量（EM）由下式確定：

      EM=10－6IP2LP      （2）

式中：IP、LP的單位分別取mA、mH，EM的單位是mJ。

    計算每邊留出氣隙寬度的公式為

       δ=      （3）

式中：δ為磁芯每邊留出的氣隙寬度（單位是mm），一般取0.1～0.3mm；

      SJ為磁芯有效截面積（單位是mm2）；

       BM為最大磁通密度（單位是mT），一般可取275mT，這樣在工作時不會進入磁飽和狀態(tài)。

有關(guān)高頻變壓器磁芯的選擇，可參閱表1。磁芯型號中的三組數(shù)字，分別表示磁芯的長度、寬度和厚度（單位是mm）。所選擇的磁芯應(yīng)符合下述條件

      EM（δ1）≤EM≤EM（δ2）      （4）

表1 磁芯的選擇

      EM=10－6IP2LP=10－6×3302×1.8=0.19mJ  [!--empirenews.page--]

         δ===0.11mm

查表1可知，EM（δ1）=0.10mJ，EM（δ2）=0.23mJ，而算出的EM=0.19mJ，恰好在0.10～0.23mJ之間，滿足式（4）的規(guī)定條件，由此證明所選磁芯是合適的。為便于加工，實際氣隙寬度可取整數(shù)值0.1mm。

    3）一次繞組匝數(shù)NP計算公式為

        NP=     （5）

根據(jù)計算結(jié)果找出一個最接近于NP值的整數(shù)值，作為一次繞組的實際匝數(shù)。將δ=0.1mm，BM=275mT，IP=330mA，代入式（5）中，得到NP=133.2匝≈134匝。

    4）二次繞組匝數(shù)NS

    按下式計算NS并取整數(shù)值

        NS=·NP     （6）

式中，UF3為輸出整流管的正向壓降。實取UO=5V，UF3=0.4V（采用肖特基二極管），n=17，NP=134匝，代入式（6）中求出NS=8.5匝，取整數(shù)值8匝。

    5）反饋繞組匝數(shù)NF

    當電源電壓UCC確定后，可按下式計算NF值

         NF=·NS   （7）

將UCC=15V，UO=5V，UF2=0.7V代入式（7）中求得，NF=22.04匝，取整數(shù)值22匝。

3.3  計算過流檢測電阻RI

    過流檢測電阻用來限定IP值，亦即MOSFET的最大漏極電流ID(max)。RI上最大壓降的典型值為URI=0.5V。RI的阻值可用下式求出

       RI≤=       （8）

    當IP=330mA時，由式（8）計算出RI=1.5Ω。其最大功耗P=IPURI=0.165W，實選0.5W的電阻。

3.4  計算退磁電阻RAUX

    計算退磁電阻的公式為

      RAUX=0.7nUO     （9）

式（9）中電阻的單位是kΩ。取UO=5V，n=NP／NS=134/8=16.75≈17，將nUO=85V代入式（9）中不難算出，RAUX=60kΩ。圖2中實取75kΩ。

3.5  確定電源電壓UCC

    TEA1520系列的電源電壓典型值約為13V，實際可取20V以下。計算公式為

       UCC=·(UO＋UF2)－UF2    （10）

式中的UF2代表反饋電路中整流管VD2的正向壓降。將NF=22匝，NS=8匝，UO=5V，UF2=0.7V一并代入式（10）中，得到UCC=15V。