详解恒压恒流输出式单片开关电源的规划原理

  可简称为恒压/恒流源。其特点是具有两个操控环路，一个是电压操控环，另一个为电流操控环。当输出电流较小时，电压操控环起作用，具有稳压特性，它相当于恒压源;当输出电流挨近或到达额定值时，经过电流操控环使IO保持稳定，它又变成恒流源。这种电源 十分适合于电池充电器和特种

  7.5V、 1A恒压/恒流输出式开关电源的电路如图1所示。它选用一片TOP200Y型开关电源(IC1)，配PC817A型线V沟通输入电压u经过EMI滤波器L2、C6)、整流桥(BR)和输入滤波电容(C1)，得到大约为82V～375V的直流高压UI，再经过初级绕组接TOP200Y的漏极。由VDZ1和VD1构成的漏极箝位维护电路，将高频变压器漏感构成的尖峰电压限定在安全规模以内。VDZ1选用 BZY97 C200型瞬态电压抑制器，其箝位电压UB=200V。VD1选用UF4005型超快康复二极管。次级电压经过VD2、C2整流滤波后，再通 过L1、C3滤波，取得+7.5V输出。VD2选用3A/70V的肖特基二极管。反应绕组的输出电压经过VD3、C4整流滤波后，得到反应电压 UFB=26V，给光敏三极管供给偏压。C5为旁路电容，兼作频率补偿电容并决议主动重启频率。R2为反应绕组的假负载，空载时能约束反应电压UFB不致升高。

  有两个操控环路。电压操控环是由1N5234B型62V稳压管(VDZ2)和光耦合器PC817A(IC2)构成的。其作用是当输出电流较小时令开 关电源作业在恒压输出形式，此刻VDZ2上有电流经过，输出电压由VDZ2的稳压值(UZ2)和光耦中LED的正向压降(UF)所确认。电流操控环则由晶体管VT1和VT2、电流检测电阻R3、光耦IC2、电阻R4～R7、电容C8构成。其间，R3专用于检测输出电流值。VT1选用2N4401型NPN硅管，国产代用型号为3DK4C;VT2则选2N4403型PNP硅管，可用国产3DK9C代换。R6、R5别离用于设定VT1、VT2的集电极电流值 IC1、IC2。R5还决议电流操控环的直流增益。C8为频率补偿电容，避免环路发生自激振荡。在刚通电或主动从头再发动时，瞬态峰值电压可使VT1导通，使用R7对其发射结电流进行约束;R4的作用是将VT1的导通电流经VT2旁路掉，使之不经过R1。电流操控环的发动进程如下：跟着IO的增大，当IO接 近于1A时，UR3↑→VT1导通→UR6↑→VT2导通，由VT2的集电极给光耦供给电流，迫使UO↓。由UO下降，VDZ2不能被反向击穿，其上也不再有电流经过，因而电压操控环开路，开关电源就主动转入恒流形式。C7为安全电容，能滤除由初、次级耦合电容发生的共模搅扰。该电源既可作业在7.5V稳压输出状况，又能在1A的受控电流下作业。当环境和温度规模是0℃～50℃时，恒流输出的准确度约为±8%。

  该电源的输出电压-输出电流(U0-I0)特性如图2所示。由图可见，它具有以下显著特点：

  (1)当u=85VAC或265VAC时，特性曲线改变很小，这表明输出特性根本不受沟通输入电压改变的影响;

  式 中，UZ2=6。2V，UF=1。2(典型值)，需求确认的仅仅R1上的压降UR1。令R1上的电流为IR1，VT2的集电极电流为IC2，光耦输入电流 (即LED作业电流)为IF，明显IR1=IC2=IF，而且它们随u、IO和光耦的电流传输比CTR值而改变。TOP200Y的操控端电流IC改变规模 是2.5mA(对应于最大占空比Dmax)～6。5mA(对应于最小占空比Dmin)，现取中心值IC=4.5mA。因IC是从光敏三极管的发射极流入操控端的，故有关系式

  电流操控环由VT1、VT2、R1、R3～R7、C8和PC817A等构成。下面需终究算出稳定输出电流IOH的期望值。图3中，R7为VT1的基极偏置电阻，因基极电流很小，而R3上的电流很大，故可以为VT1的发射结压降UBEI悉数降落在R3上。则

  式中，k为波尔兹曼常数，T为环境和温度(用热力学温度表明)，q是电子电量。当TA=25℃时，T=298K，kT/q=0。0262V。IC1、IC1别离为VT1、VT2的集电极电流。IS为晶体管的反向饱和电流，关于小功率管，IS=4×10-14A。

  考虑到VT1的发射结电压UBE1的温度系数αT≈-21mV/℃，当环境和温度升高25℃时，IOH值降为

  (1)在恒流形式下核算反应绕组的匝数NB。之所以按恒流形式核算NB值，是因为此刻UO和UFB都敏捷下降(UO=UOmin=2V)，只要UFB足够高时，才干保证恒流源正常作业。

  (2)在恒压形式下核算出反应电压额定值UFB。此刻UO=7.5V，UFB也将到达最大值，由此求得UFB值，能为挑选光耦合器的耐压值供给根据。

  式中，UF2和UF3别离为VD2、VD3的正导游通压降。NS为次级匝数。从式(6)可解出

  在恒流形式下当负载加剧(即负载电阻减小)时，UO和UFB会主动下降，以保持恒流输出。为使开关电源从恒流形式转换到主动重启状况时仍能给 TOP200Y供给适宜的偏压，要求UFB至少比恒流形式下操控电压的最大值UCmax高出3V。这儿假定UCmax=6V，故取UFB=9V。将 UFB=9V、UO=UCmin=2V、UF2=0.6V、UF3=1V、IO=IOH=0.982A、R3=0.68Ω、NS=12匝同时代入式 (7)，核算出NB=36.7匝≈37匝(取整)。

  在恒压形式下，UO=7.5V，最大输出电流IO=0。95A，再代入式(6)求得，UFB=26V，此即反应电压的额定值。挑选光耦合器时，光敏三极管的反向击穿电压有必要大于此值，即U(BR)CEO>

  26V。常用线性光耦的 U(BR)CEO=30V～90V。核算光敏三极管反向作业电压UIC2的公式为

  式中，UCmin为操控端电压的最小值(5.5V)。不难算出，UIC2=20.5V。这儿选用PC817A型光耦合器，其U(BR)CEO=35V>

  20.5V，完全能满意规则的要求。但在规划高压电池充电器时，一定要挑选耐高压的光耦合器。