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JSK4260-050电源板主开关电源电路原理分析

JSK4260-050电源板主开关电源电路原理分析

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  (1)LLC谐振转换器工作原理
  
  随着开关电源的发展,软开关技术得到了广泛的发展和应用,已推出了不少高效率的电路,尤其是谐振型的软开关电源和PWM型的软开关电源。近几年来,随着半导体器件制造技术的发展,开关管的导通电阻、寄生电容和反向恢复时间越来越小,这为谐振变换器的发展提供了又一次机遇。
  
  对于谐振变换器来说,如果设计得当,能实现软开关变换,从而使得开关电源具有较高的效率。LLC谐振变换器实际上来源于不对称半桥电路,后者用调宽型(PWM)控制,而LLC谐振是调频型(PFM)。
  
  LLC谐振电路简图如上图所示,工作波形图如下图所示。电路中有两只功率MOS管(S1和S2),其工作的占空比均为0.5。谐振电容为Cs。Tr为匝数相等的中心抽头变压器,其漏感为Ls,激磁电感为Lm(Lm在某个时间段也是一个谐振电感)。从图11中不难看出,在LLC谐振变换器中,谐振元件主要由谐振电容Cs、电感Ls和激磁电感Lm组成,LLC变换器的稳态工作原理如下:
  
  当t=t1时,S2关断,谐振电流给S1的寄生电容放电,一直到S1上的电压为零,然后S1的体内二极管导通。此阶段D1导通,Lm上的电压被输出电压钳位,因此只有Ls和Cs参与谐振。
  
  当t=t2时,S1在零电压的条件下导通,变压器原边承受正向电压;D1继续导通,S2及D2截止。此时Cs和Ls参与谐振,而Lm不参与谐振。
  
  当t=t3时,S1仍然导通,而D1与D2处于关断状态.Tr副边与电路脱开,此时Lm,Ls和Cs -起参与谐振。由于实际电路中Lm》Ls,因此在这个阶段中,可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。
  
  当t=t4时,S1关断,谐振电流给S2的寄生电容放电,一直到S2上的电压为零,然后S2的体内二极管导通。此阶段D2导通,Lm上的电压被输出电压钳位,因此只有Ls和Cs参与谐振。
  
  当t=t5时,S2在零电压的条件下导通,Tr原边承受反向电压;D2继续导通,而Sl和Dl截止。此时仅Cs和Ls参与谐振,Lm上的电压被输出电压钳位,而不参与谐振。
  
  当t=t6时,S2仍然导通,而D1和D2处于关断状态,Tr副边与电路脱开,此时Lm、Ls和Cs一起参与谐振。实际电路中Lm》Ls,因此,在这个阶段可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。

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  (2)主开关电源电路分析
  
  1)启动控制
  
  IC2的供电电路加下图所示,T2B绕组的感应电压经D10整流,Q5、23稳压后输出VCC2(14V左右),供给PFC芯片,并通过Q9、24稳压后输出Vcc3(12V左右)供给L6599D(12)脚。过流、过压、ON/OFF信号通过光耦IC4控制Q5的导通状态,进而控制PFC、LLC电路是否工作,以实现过压、过流保护与开/关机功能。
  
  当IC2的⑥脚加上电压后,通过lC的内部电路给①脚(CSS)外接电容C27充电,如图13所示。此时C26可视为短路,R57与R61并联(阻值较小),L6599D的振荡频率升高,电源功率下降。当C27充满电时,C27可视为开路,振荡频率由R57决定,振荡频率降低,电源输出正常,由此实现变频软启动功能。
  
  同时,VDC1电压经电阻R7~R9及R45分压后加到IC2的⑦脚。R45上并联的电容C17用来旁路噪声干扰。当⑦脚(Line)电压低于1.25V时,关闭lC;当高于1.25V但低于6V时,lC正常工作,通过对VDC的电压检测,实现欠压保护功能。
  
  IC完成软启动后,内部振荡器开始振荡,从15脚(HVG)与11脚(LVG)输出占空比接近50%的脉冲,驱动MOS管正常工作。

启动控制


  
  2)稳压控制
  
  次级电压通过取样电阻加在光耦(lC3)内发光管上,并与TL431(ICSl)的基准电压进行比较,ICS1的稳压值由上偏电阻RS25//RS30和下偏电阻RS26、RS27决定,见下图所示。
  
  当负载由满载转向空载时,输出电压上升,ICS1的R极的电压将上升,而R极的电压被ICS1内部电路稳定在2.5V,这将引起ICS1的AK极间流过的电流增大,光耦IC3内发光二极管中通过的电流增大,IC3的③、④脚内光敏三极管上流过的电流也增大。IC3内的光敏三极管相当于一个可变电阻,与R58、R59串联起来接到IC2的④脚(RFMIN),此时IC3内光敏三极管的电阻变小,IC振荡频率升高,则输H;电压下降。
  
  反之,当负载由奎载转向满载时,输出电压降低,其稳压过程与上述相反。
  
  3)L6599D的SCP(过流)保护控制
  
  当T1次级短路时,输出电压会降低,这电压变化会通过光耦IC3反馈到L65991)的④脚(RFMIN),引起L6599D振荡频率降低,由于此时IC3内光敏三极管等效于开路,振荡频率大大偏离LLC谐振电路的谐振点,C8L的振荡电压急剧增大,通过C19、R46、,D12、D13全波整流输入到⑥脚(ISEN),当⑥脚电压高于0.8V时,L65991)的②脚开始对C28充电(随后C28对R54放电),同时IC内部电路对①脚外接软启动电容放电,导致工作频率上升(功率下降),②脚反馈电压快速上升到3.5V,内部电路在关闭对电容充电的同时,芯片也停止振荡。延迟保护时间由②脚外接电阻R54和外接电容C28决定。
  
  当C28通过R54放电到C28两端电压降为0.3V时,L65991)重新启动。由于IC2的②脚电压在3.5V和0.3V间不断变化,IC在保护与正常工作状态间跳动,输出电压也会波动,即工作在间歇保护模式1卜-(只有在次级OCp.直没有启动的情况下,才会出现这样的情况),L6599D的SCP过流保护是不锁定的,只要其②脚电压降到0.3V时又会重新工作。

稳压控制




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