開關電源中常見變換器主電路拓撲

開關電源中常見變換器主電路拓撲1.1Buck變換器Buck變換器又稱降壓變換器，Buck型電路拓撲由有源開關（功率MOSFET）、續(xù)流二極管D（或由同步整流開關代替）、儲能電感L、濾波電容C組成。其電路如圖1-1所示。電感和輸出電容組成一個低通濾波器，濾波后電壓以很小的紋波呈現(xiàn)在輸出端。圖1-1Buck變換器拓撲結(jié)構(gòu)Boost變換器Boost變器又稱升壓變換器，其電路如圖1-2所示。改變降壓變換器中元件的位置就可把它變成升壓變換器。在升壓變換器中，開關管導通時在電感中有斜波電流流過。當開關管斷開時，電感中的電流必須保持流動，電感上的電壓改變極性，使二極管正向偏置，并釋放能量到輸出端和輸出電容器。1.3反激變換器反激變換器又稱Flyback式變換器，其電路如圖1-3所示。由于反激變換器的電路拓撲結(jié)構(gòu)簡單，能提供多組直流輸出和升降范圍寬，因此廣泛應用于中小功率變換場合。其結(jié)構(gòu)相當于在Boost變換器中，用一個變壓器代替升壓電感，即構(gòu)成了反激式變換器。1:N ?圖1-3反激電路原理圖

當開關晶體管VS被驅(qū)動脈沖激勵而導通時，Vin加在開關變壓器T的初級繞組L1上，此時次級繞組L2的極性使VD處于反偏而截止，因此L2上沒有電流流過，此時電感能量儲存在L1中，當VS截止時，L2上電壓極性顛倒使VD處于正偏，L2上有電流流過，在VS導通期間儲存在L1中的能量此時通過VD向負載釋放。反激式變換器工作波形見圖1-4。圖1-4反激式變換器工作波形2.PFC電路PFC的英文全稱為PowerFactorCorrection，意思是功率因數(shù)校正。功率因數(shù)指的是有功功率與總耗電量（視在功率）之間的關系，也就是有效功率除以總耗電量（視在功率）的比值。功率因數(shù)可以衡量電力被有效利用的程度，當功率因素值越大，代表其電力利用率越高。PFC電路分有源（主動式）PFC和無源（被動式）PFC兩種。應用芯片MC33262設計的有源PFC電路原理圖如圖5-1所示。C5C5圖5-1MC33262實現(xiàn)的有源PFC電路圖圖5-1中，Vpfc,in為PFC電路的輸入電壓，接整流濾波電路的輸出電壓；Vpfc,out為PFC電路的輸出電壓；Vcc為芯片的供電電壓。功率因數(shù)校正的具體實現(xiàn)為：首先，當芯片MC33262的Vcc腳上電后，通過R19和R12組成的分壓網(wǎng)絡檢測輸出電壓在其FB腳上的電壓VFB,VFB的計算公式如5-2所示。將VFB與其內(nèi)部誤差放大器的基準電壓Vr(Vr=2.5V)進行比較產(chǎn)生一誤差信號，并將其送入到內(nèi)部的乘法器的一個輸入端；整流輸出電壓Vpfc,in經(jīng)分壓網(wǎng)絡R1和R15分壓后輸入到乘法器另一端，通過內(nèi)部帶寬控制，乘法器的輸出作為基準電壓與電流檢測電阻R18上檢測的電壓進行比較后經(jīng)過內(nèi)部控制電路形成驅(qū)動功率MOSV1的驅(qū)動脈沖，從而實現(xiàn)功率因數(shù)校正。 V二V*R19/(R19+R12)FB Pfc,out驅(qū)動脈沖頻率的控制實現(xiàn)：驅(qū)動功率MOSV1的驅(qū)動脈沖的頻率是一直變化的，而在一個開關周期內(nèi)驅(qū)動脈沖的導通時間卻是恒定的。其頻率的變換是通過輔助繞組L1和MC33262的Zcd腳實現(xiàn)的。Zcd腳通過R7檢測L1上的電壓，當L1上的電壓為零時說明主電感L上的磁通已降到零，此時通過內(nèi)部控制電路使開關管導通，從而實現(xiàn)驅(qū)動脈沖頻率的控制。由式5-4得輸出電壓V二V*(R19+R12)/R19Pfc,out FB其中VFB與其內(nèi)部基準電壓Vr基本相同，故通過合理的選擇R19和R12的值就可以獲得適合的Vpfc,OUt。在芯片啟動瞬間，整流輸入電壓通過二極管VD1在輸出電容上形成電壓，檢測網(wǎng)絡檢測輸出電壓并在其軟起腳和補償腳Comp的控制下通過限制占空比并使其正常工作。PFC電路功能實現(xiàn)及測試按原理圖5-1設計的PFC電路硬件實現(xiàn)后正常工作時電感電流和驅(qū)動脈沖的波形如圖5-5所示。r~l1.271111^r~l1.271111^-11OrnA1,2刊噸i,4)SAA.1.1CA△■出DM生圖5-5PFC電路正常工作時的波形上圖中，上部曲線為流過PFC電感的電流波形，下部曲線為驅(qū)動脈沖信號波形。頂部

為時間軸放大2000倍的波形，可以看出流過電感的電流具有正弦包絡，實現(xiàn)了PFC校正；

由下部的驅(qū)動脈沖可以看出為其導通時間恒定的工作模式。3.LED驅(qū)動恒流控制實現(xiàn)方法現(xiàn)有LED驅(qū)動恒流控制常見的方式是利用升壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)LED的恒流驅(qū)動，其電路如圖4-1所示。整個驅(qū)動電路相當于恒流源，可消除因溫度和工藝引起的正向電壓變化所導致的電流變化。電源參考電壓VR和電流檢測電阻器的值決定了LED電流。在驅(qū)動多個LED時，只需把它們串聯(lián)就可以在每個LED中實現(xiàn)恒定電流，且單串電流精確可調(diào)。?該方法有以下優(yōu)點：3.1高精度恒流：整個驅(qū)動電路相當于恒流源，可消除因溫度和工藝引起的正向電壓變化所導致的電流變化。LED電流的精度，基本上取決于轉(zhuǎn)換器的反饋閾值電壓的精度和控制環(huán)的環(huán)路增益，因此不會受到LED正向電壓的影響；3.2高效率：使用低的反饋閾值電壓，可以降低電流檢測電阻的功率損失，驅(qū)動電路效率可以達到80%以上；3.3高匹配度：白光LED采用串聯(lián)方式連接，所以流過它們的電流完全匹配；3.4體積?。恨D(zhuǎn)換芯片及其外圍器件可以采用小體積的表貼式封裝。電源板常用芯片資料介紹Skip；'l3tchazFcsdGNDoz1.NCP1271芯片Skip；'l3tchazFcsdGNDoz1.1NCP1271芯片簡介NCP1271芯片是一個AC-DC電源管理芯片，主要應用在LED背光源電視的電源板電源供電電路和待機控制電路中。因其引腳少（只有8個引腳，如圖1）、體積小、待機功耗小、可靠性較高，故在我們的26寸和32寸LED電視的電源板中有較多的應用。圖6-1：NCP1271引腳示意圖

NCP1271芯片工作原理電源板通電后，芯片第8腳HV先上電，通過內(nèi)部電路給第6腳Vcc的外部電容充電,當充電量達到12.6V以后，芯片內(nèi)部電路開始工作，第5腳開始輸出驅(qū)動脈沖，控制外部開關變壓器給Vcc提供正常工作的電壓，從此，芯片進入正常工作狀態(tài)。第1腳Skip/latc接電阻用來設置跳躍頻率；第2腳FB連接光耦，接收輸出回路的反饋；第3腳CS檢測流經(jīng)MOS管的電流；第4腳GND芯片接地；第5腳Drv驅(qū)動開關電源的MOS管；第6腳Vcc是芯片的供電腳；第8腳HV給Vcc腳充電，提供芯片預啟動的電壓。NCP1271芯片正常工作時各引腳參考電平引腳引腳名稱正常工作參考電平待機工作參考電平1Skip/latch0.459V左右0.459V左右2FB1.1V-1.6V0.4V左右3CS0.048V左右0.002V左右4GND0V5Drv1.789V左右0.051V左右6Vcc15.5V-16.5V15.5V-16.5V7NC無無8HV160V-190V160V-190V注：各參考電平皆是萬用表測量結(jié)果NCP1271芯片及外圍電路常見故障a第5腳Drv腳對地短路，導致芯片不能啟動工作，整個電源板不能工作。可用萬用表測得。需要更換此芯片以恢復電源板正常工作。PINDIAGRAM第8腳HV腳高壓打壞，會看到與此引腳相連的電阻都有燒壞的跡象。排除產(chǎn)生高壓的原因，更換此芯片以恢復電源板正常工作。PINDIAGRAM芯片第5腳所驅(qū)動的MOS管被擊穿，導致整個電源板不能正常工作?？砂l(fā)現(xiàn)MOS有關的一些電阻燒壞，并可用萬用表測得MOS管短路。2.OZ9902芯片2.1OZ9902芯片簡介OZ9902芯片是一款大功率雙通道LED驅(qū)動芯片。每-個通道都可以獨立控制，保護功能齊全，在目前多款LED液晶電視中都有應用。芯片引腳有24個，示意圖如圖2。圖6-2OZ9902芯片引腳示意圖

2.2OZ9902芯片工作原理OZ9902芯片是一款大功率雙通道LED驅(qū)動芯片。每一個通道都可以獨立控制，保護功能齊全，在目前多款LED液晶電視中都有應用。芯片引腳有24個，示意圖如圖2。OZ9902芯片通過控制外置MOS管的導通與關斷來實現(xiàn)LED燈條的驅(qū)動，通過檢測外置MOS電路上的電流和電壓來實現(xiàn)各種保護功能。當?shù)?腳Vcc腳獲得工作電壓，第3腳ENA腳獲得高電平，第1腳UVLS腳獲得高于3V的電壓后，芯片啟動，開始工作。DRV1/2腳輸出驅(qū)動脈沖驅(qū)動外部的升壓MOS管,ISW1/2腳檢測相應升壓MOS管S端的電壓是否正常，OVP1/2腳檢測控制升壓電路的輸出電壓在所需的電壓范圍之內(nèi)。PROT1/2腳輸出驅(qū)動脈沖驅(qū)動燈條下端的MOS管，ISEN1/2腳檢測控制相應的MOS管的S端電流，從而控制流經(jīng)整個燈條串的電流大小。SSTCMP1/2腳設置芯片的緩啟動，避免芯片對保護功能的誤判斷。TIMER腳主要進行保護功能的判定，在達到保護條件后實現(xiàn)關閉輸出驅(qū)動脈沖，進而達到保護的目的。ADIM腳設置控制流經(jīng)燈條電流的工作方式。PWM1/2腳接收主板發(fā)來的PWM信號實現(xiàn)PWM方式的調(diào)光。SYNC腳用來設置多個芯片級聯(lián)時的工作方式。RT腳設置芯片的工作頻率。2.3OZ9902芯片及外圍電路常見故障燈條高壓端對背板等類似的地短路，導致燈條不亮。此時測OVP腳電平低于0.2V。另外用萬用表測燈條高壓端和背板之間是導通狀態(tài)。燈條低壓端對背板等類似的地短路，導致燈條一閃即滅。此時測第10腳TIMER腳電平大于等于3.0V。另外用萬用表測燈條低壓端和背板之間是導通狀態(tài)。c.DRV1/2腳所驅(qū)動的升壓MOS被擊穿，導致燈條不亮。此時可測得升壓MOS的GS或者DS出于導通狀態(tài)，甚至可看到升壓MOS周圍的一些貼片電阻器件有燒壞的跡象。3.OZ9902B芯片3?13.OZ9902B芯片3?1OZ9902B芯片簡介OZ9902B芯片是一款大功率單通道LED驅(qū)動芯片。不同與OZ9902芯片的雙通道，OZ9902B是單通道的驅(qū)動芯片。但是其保護功能齊全，是和OZ9902相同的。目前主要應用在26寸單燈條的LED液晶電視中。芯片引腳有16個,示意圖如圖2。3.2OZ9902芯片工作原理與OZ9902芯片相同,OZ9902B芯片通過控制外置MOS管的導通與關斷來實現(xiàn)LED燈條的驅(qū)動，通過檢測外置MOS電路上的電流和電壓來實現(xiàn)各種保護功能。PINDIAGRAM12345678UVLSfaultDRVENAGNDVREFOVPRISWPWMPROTADIMISE.N1MERCMF161514131211109與OZ9902芯片工作方式相同，OZ9902B芯片的第2腳Vcc腳獲得工作電壓，第3腳ENA腳獲得高電平，第1腳UVLS腳獲得高于3V的電壓后，芯片啟動，開始工作。DRV腳輸出驅(qū)動脈沖驅(qū)動外部的升壓MOS管,ISW腳檢測相應升壓MOS管S端的電壓是否正常，OVP腳檢測控制升壓電路的輸出電壓在所需的電壓范圍之內(nèi)。PROT腳輸出驅(qū)動脈沖驅(qū)動燈條下端的MOS管,ISEN腳檢測控制相應的MOS管的S端電流，從而控制流經(jīng)整個燈條串的電流大小。SSTCMP腳設置芯片的緩啟動，避免芯片對保護功能的誤判斷。TIMER腳主要進行保護功能的判定，在達到保護條件后實現(xiàn)關閉輸出驅(qū)動脈沖，進而達到保護的目的。ADIM腳設置控制流經(jīng)燈條電流的工作方式。PWM腳接收主板發(fā)來的PWM信號實現(xiàn)PWM方式的調(diào)光。