特种单片开关电源模块的电路设计

引言

特种集成开关电源主要包括以下5种类型[1]：

1)复合型开关电源;

2)恒压/恒流(CV/CC)型开关电源;

3)截流输出型开关电源;

4)恒功率输出型开关电源;

5)其他专用开关电源，例如高速调制解调器(HighSpeedModem)电源、DVD电源等。

特种单片开关电源有两种设计方案：第一种是采用通用单片开关电源集成电路(例如TOPSwitch-Ⅱ、TOPSwitch-FX、 TOPSwitch-GX等系列)，再配上电压控制环、电流控制环等外围电路设计而成的，其特点是输出功率较大，但外围电路复杂;第二种是采用最近问世的 LinkSwitch系列高效率恒压/恒流式三端单片开关电源芯片，或选用LinkSwitch-TN系列、DPA-Switch系列单片开关电源专用 IC[2]，这样可大大简化电路，降低成本，适合构成中、小功率的特种开关电源。

1  2.5W恒压/恒流式充电器模块

下面介绍一种由LNK500构成的2.5W恒压/恒流式充电器模块。它适用于手机电池充电器、个人数字助理(PDA，即Personal Digital Assistant)、便携式音频设备、电动剃须刀、家用电器的内置电源(如彩电的备用电源、偏置电源)等领域。

1.1 性能特点和技术指标

1)采用高效率恒压/恒流式单片开关电源LNK500，交流输入电压范围是85～265V，当交流输入电压为265V时，漏电流<5μA，额定输出电压为5.5V，最大输出电流为0.45A，输出功率为2.5W。

2)低功耗，高效率，空载功耗<0.3W，电源效率的典型值η≈68%。

3)在峰值功率点，允许输出电压有±10%的误差，当初级电感量Lp的误差为±10%时，输出电流有±25%的误差。

4)电路简单，价格低廉，该电源仅需23个元器件，不需要次级反馈电路，用初级电路即可实现恒流/恒压输出，允许采用低价格、小尺寸的EE13型磁芯。

5)具有过热保护、输出短路保护及开环保护功能。

6)符合电磁兼容性国际标准CISPR22B/EN55022B。

1.2  2.5W恒压/恒流式充电器模块的电路设计

由LNK500构成2.5W恒压/恒流式充电器模块的内部电路如图1所示。FR为可自恢复熔断电阻器，它具有限流保护作用并能限制上电时的冲击电流。由 VD1～VD4构成桥式整流，由电感L1、L2和电容C1、C2组成低功耗π型滤波器，能滤除电磁干扰。L2可采用3.3μH的磁珠。在LNK500内部功率MOSFET导通时，输出整流管VD6截止，此时电能就储存在高频变压器中。当功率MOSFET关断时，VD6导通，储存在高频变压器中的能量就通过次级电路输出。VD6采用1A/100V的肖特基二极管SB1100，R4和C7并联在VD6两端，能防止VD6在高频开关状态下产生自激振荡。C6为输出端滤波电容。R5为22kΩ的负载电阻。

由R1、C3和VD5构成的RCD型箝位电路具有以下功能：

1)当功率MOSFET关断时，对初级感应电压进行箝位;

2)能简化反馈电路的设计。

控制端的反馈电流由电阻R2来设定。刚启动电源时由控制端电容C4给LNK500供电，C4还决定了自动重启动频率。

为了降低电磁干扰，高频变压器的初级设计了两个绕组，分别为NP1及NP2。NP2被称为"抵消绕组"(cancellation winding)，它经过R3及C5接初级返回端，能降低初级电路中的电磁干扰。此外，在初、次级之间还需增加屏蔽层。

LNK500只适合在不连续模式下工作，其输出功率由式(1)确定。

式中：PO为输出功率;

η为电源效率;

LP为高频变压器的初级电感;

IP为LNK500的峰值电流;

f为开关频率。

不难看出，PO与LP成正比，IP2f的大小则受LNK500控制。

高频变压器采用EE13型磁芯，配8引脚的骨架。初级绕组NP1用φ0.13mm漆包线绕90匝，NP2用φ0.16mm漆包线绕22匝，次级绕组用两股φ0.25mm的三重绝缘线绕5匝。在初、次级绕组之间用3股φ0.25mm漆包线绕5匝，作为屏蔽层。初级电感量LP=2.3mH(允许有±10%的误差)。高频变压器的谐振频率不低于300kHz。

2.5W恒压/恒流式充电器的输出特性如图2所示。