基于L6562的反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)

潘 峰， 楊其華， 武堂盛

(1.中國計(jì)量學(xué)院質(zhì)量與安全工程學(xué)院，浙江杭州310018；2.杭州固態(tài)照明有限公司，浙江杭州310030)

基于L6562的反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)

潘 峰1， 楊其華1， 武堂盛2

(1.中國計(jì)量學(xué)院質(zhì)量與安全工程學(xué)院，浙江杭州310018；2.杭州固態(tài)照明有限公司，浙江杭州310030)

設(shè)計(jì)了一種基于L6562的反激式開關(guān)電源，并闡述了該電源的工作原理，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算推導(dǎo)。利用MOS管自身的輸出電容與變壓器原邊電感產(chǎn)生諧振，通過適當(dāng)控制實(shí)現(xiàn)了開關(guān)管的零電壓導(dǎo)通。最后制作了樣機(jī)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該LED電源與傳統(tǒng)的反激式開關(guān)電源相比，能將開關(guān)損耗有效降低，并提高了效率。

反激式開關(guān)電源；L6562；準(zhǔn)諧振

LED光源具有效率高、低能耗、壽命長、安全環(huán)保、體積小等優(yōu)勢，這逐步替代傳統(tǒng)光源并有望成為新一代光源[1]。為了充分發(fā)揮LED的優(yōu)勢，要選擇合適的驅(qū)動(dòng)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使LED電源達(dá)到高效率、高可靠性、高功率因數(shù)以及低成本的要求。對(duì)于中小功率的LED模組照明，反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、調(diào)試簡單的特點(diǎn)得到廣泛選用。伴隨著開關(guān)電源的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了很多諧振和準(zhǔn)諧振變換器。它們的主要特點(diǎn)是都含有一個(gè)儲(chǔ)能電路，在電源的功率轉(zhuǎn)化過程中，和傳統(tǒng)的諧振變換器不同，準(zhǔn)諧振變換器能夠利用儲(chǔ)能電路產(chǎn)生零電壓或零電流來控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)閉，從而有效地降低了MOS管的導(dǎo)通損耗，提高了電源的效率。

從理論上，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)諧振反激式變換器的方法很多，但多數(shù)變換器并不能保證電源的高品質(zhì)、具有寬電壓輸入范圍等要求[2]。本文提出一種低成本可以應(yīng)用在中小功率LED照明中的準(zhǔn)諧振反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)方法，能適用于寬電壓輸入，降低MOS開關(guān)管的導(dǎo)通損耗，提高電源效率。

1 準(zhǔn)諧振反激式開關(guān)電源的原理

一種離線式變換器中的反激式準(zhǔn)諧振變換器的基本電路如圖1所示。它由功率開關(guān)管、反激型變壓器、輸入濾波電容Cin、輸出整流二極管、輸出濾波電容CO和諧振電容Cd組成，其中的Cd包括開關(guān)管的輸出電容、變壓器的分布電容和電路中的其他雜散電容。

圖1 反激式準(zhǔn)諧振變換器基本電路

在斷續(xù)模式[3](DCM)下的反激式準(zhǔn)諧振變換器工作波形如圖2所示。在反激式變換中，每個(gè)周期可分為三個(gè)不同的時(shí)間段。由圖2可知，在MOS管關(guān)斷之后，在漏極會(huì)產(chǎn)生一個(gè)尖峰電壓，這個(gè)尖峰電壓是變壓器漏感和諧振電容Cd諧振引起的。之后開關(guān)管漏極電壓DSs趨于一個(gè)穩(wěn)定值，其大小等于：

圖2 準(zhǔn)諧振變換器工作波形

由以上可知，為了減少開關(guān)損耗，應(yīng)使MOS管在電壓最低時(shí)開通，應(yīng)有：

通過準(zhǔn)諧振技術(shù)讓電源在任意輸出負(fù)載、任意線性輸入電壓條件下，通過延遲開關(guān)關(guān)斷時(shí)間，使開關(guān)管漏-源電壓降至最低，以保證其在臨界導(dǎo)通模式下以最低的漏極電壓進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，減少尖刺干擾，最終達(dá)到降低其損耗的目的[5]。由此可知，電源的諧振工作頻率將隨著負(fù)載和輸入電壓條件的變化而變化，以實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通功能[6]。對(duì)此，確定工作頻率是電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，其頻率推導(dǎo)如下：

且：

由于變換器工作在斷續(xù)模式，初級(jí)峰值電流與輸入功率有關(guān)，其關(guān)系為：

通過以上各式可得開關(guān)頻率為：

式中：

2 設(shè)計(jì)實(shí)例以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)以上的原理分析，本研究設(shè)計(jì)了一款基于L6562的50 W反激式開關(guān)電源，驅(qū)動(dòng)電源的L6562D的控制部分及外圍電路如圖3所示。

圖3 LED驅(qū)動(dòng)電源L6562控制部分外圍電路

為使LED驅(qū)動(dòng)電源實(shí)現(xiàn)恒流穩(wěn)壓輸出，本研究采用次級(jí)反饋，即副邊反饋調(diào)節(jié)技術(shù)[6]。因此，L6562的電壓反饋輸入端1腳要通過一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò)與VCC直接相連。為實(shí)現(xiàn)恒定功率輸出，1腳和2腳要并聯(lián)π型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)[7]。引腳3為乘法器的輸入端。4腳為PWM比較器的反向輸入端，通過采樣電阻R23上的電流控制開關(guān)管的導(dǎo)通。5腳為過零檢測引腳，通過給芯片供電的輔助繞組來檢測變壓器是否退磁。7腳為功率開關(guān)管柵極驅(qū)動(dòng)引腳，該引腳控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)閉[8]。

電源的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：寬輸入電壓范圍AC 85～265 V，輸入電壓頻率47～60 Hz。恒定電流輸出DC 36 V，1.5 A，最低開關(guān)頻率40 kHz，滿載輸出功率54 W。

輸入220 V全負(fù)載條件下開關(guān)管兩端的電壓波形如圖4所示，從圖中波形可以看見DS在反激輸出電流為零時(shí)開始震蕩，當(dāng)震蕩達(dá)到最低點(diǎn)時(shí)，開關(guān)管再次導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)了零電壓導(dǎo)通。

圖4 220 V全負(fù)載下開關(guān)管兩端電壓波形

在全負(fù)載條件下，在各個(gè)不同電壓值下測得的驅(qū)動(dòng)電源的轉(zhuǎn)換效率如表1所示，通過對(duì)比相同條件下傳統(tǒng)的反激式開關(guān)電源的效率，采用準(zhǔn)諧振技術(shù)顯著提升了反激式電源的轉(zhuǎn)換效率。

表1 基于L6562的開關(guān)電源效率(全負(fù)載)

3 結(jié)論

本文通過對(duì)基于L6562D的反激式準(zhǔn)諧振開關(guān)電源設(shè)計(jì)，可以使反激式變換器工作在零電壓導(dǎo)通狀態(tài)，大大減少了開關(guān)管的損耗，有效降低了電路的EMI，提高了電源的轉(zhuǎn)換效率。目前，采用準(zhǔn)諧振技術(shù)的反激式開關(guān)電源正得到越來越多的應(yīng)用。

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Design of flyback switching power supply based on L6562

Design of flyback switching power supply based on L6562D,and explain the working principle of the power supply,the relevant parameters were calculated.Using MOS tube own output capacitance and inductance of the transformer primary side resonance,through appropriate control,the zero-voltage switch turn-on was realized. Finally compared to traditional flyback converter, a prototype was produced, then the switching loss could be effectively reduced,and the efficiency could be improved.

flyback converter;L6562;quasi-resonant

TM 46

A

1002-087 X(2015)10-2234-02

2015-03-24

國家公益性質(zhì)檢行業(yè)科研項(xiàng)目(201110058)；浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(Y1090672)

潘峰(1989-)，男，吉林省人，碩士生，主要研究方向?yàn)闄z測技術(shù)。