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5V开关电源设计

电源技术 | 发布时间:2018-07-01 | 人气: | #评论# | 本文关键字:开关电源,电解电容
摘要:市售便携式CD/VCD机的交流适配器电路如附图所示。该适配器标称输出为5V、500mA,体积为7×4×1.8cm,重量约180g,其功率体积比明显优于普通工频变压器适配器。在市电220v输入时测试其输出电压在

市售便携式CD/VCD机的交流适配器电路如附图所示。该适配器标称输出为5V、500mA,体积为7×4×1.8cm,重量约180g,其功率体积比明显优于普通工频变压器适配器。在市电220v输入时测试其输出电压在空载和VCD机正常播放时约为5.2V,无明显变动。该适配器随机售出无图纸,印刷板无元器件编号,图中元器件数值为笔者实测,电路系根据实物绘出。虽然电源的Q16、Q17标识已被砂纸打去,但根据电路结构和管子体积形状可以推断Q16为MJE13003、Q17为8050。
    该适配器不同于一般脉宽调制开关电源。Q16为开关管,R84为起动电阻,R83、C15为正反馈RC元件。D5为C15的放电通路。Q17为脉冲控制管,其基极R82的电压降组成开关管Q16的过流保护电路,R81、C12作为隔离电路.以防止输入Q17的稳压控制信号被R82所短路。光耦器IC1和Q17又构成振荡抑制型(又称RCC型)稳压控制电路.RCC的特殊之处是通过抑制自激振荡的过程改变开关管导通/截止的占空比稳定输出电压,而不是控制每个振荡周期正程的脉宽。
    当接通市电Q16启动以后,Q16的导通电流在脉冲变压器中存储磁能,随正反馈过程C15充电电流逐渐减小开关管进入截止区,T释放磁能,L4产生感应电压经D7向C30充电,经过几个振荡周期后,C30充电电压升高到5V以上,该输出电压经R17,光耦器发光二极管使稳压管D8击穿,光耦器初次级同时导通,使T的L2由D6整流的输出电压加到Q17的基极,Q17饱和导通,开关管Q16停振。此时C30向负载电路放电,当C30放电电压低于5V时稳压管D8截止,Q17随即截止,开关管Q16又开始振荡重复上述过程。其结果通过振荡一抑制过程保持输出电压的稳定。
    此稳压过程不同于脉宽调制之处是,Q17并非对Q16的每个振荡周期导通时间进行控制,只要C30的充电电压未达到D8设定值Q17并不动作,因此称RCC方式为非周期性开关电源。此种稳压方式除Q16的振荡形成输出纹波以外,还有Q16振荡被抑制产生的频率较低的纹波,所以在输出端需接入L10(82 uH)C32组成的滤波电路。RCC的电路简单,还具有负载电流自动调控功能,属50W以下小型开关电路的优选电路。作为便携电器交流适配器的最方便之处是万一空载也不损坏电源,空载时C30放电过程延长只通过R4有50mA的放电电流,Q16处于占空比极小的振荡状态功耗也极小。

制作RCC型电源关键是脉冲变压器T的绕制。无论何种开关电源脉冲变压器的计算是极繁琐又极不准确的,对业余制作者来说通过估算,实验调整来确定比较实际。即使是估算也涉及磁芯材料,结构的影响,限于目前市场产品参数的离散性,业余者也难以确定,此处只列出部分计算结果供参考。小功率开关电源脉冲变压器制作参数(绕组功能参考附图)如附表所示。

输出功率磁芯截面初级匝数/线径次级5v匝数/线径12v匝数/线径初级电感量mH2~5W5×5—7×7mm330匝/0.14mm14匝/0.21~0.31mm 32匝/0.16~0.21mm9.5(气隙0.2)5~10W 圆柱芯Φ6mm280匝/0.18mm9匝/0.31 mm22/0.25mm8.6(气隙0.2)20w 圆柱芯Φ8mm280匝/0.18mm9匝/0.31 mm22匝/0.25mm8(气隙0.3)40W以下 圆柱芯Φ10mm 240匝/0.25mm8匝/0.41mm  18匝/0.35mm7(气隙0.4)

注:用于220V市电输入整流滤波供电。自激振荡频率约为22~24kHz。初级电感量可调整气隙达到上述值。
元件数据的调整合理可以弥补脉冲变压器参数的误差,本文将装配过程中失误(T相位接反,元件不合格,装配中开路,短路等)造成无输出的故障检查省略,谈元件的选配调试。装配无误将电源经25W灯泡接入市电,同时在输出端接入25Ω、2W的假负载电阻,输出端应有电压,随即在3.3~4.5V之间更换D8,可使输出电压为5V±0.2V。
调整中出现故障和元件数值的关系如下:
无输出电压,说明电源未起振,如果脉冲变压器相位无误,试将R84换成270kΩ/0.5W的电阻,若仍无输出,则Q16的β值过低,换成β大于40的开关管。 
    输出电压始终偏低,更换D8无效,为正反馈量过低。焊去外加25Ω假负载电压升高可证明。原因是T的L2匝数偏少,漏感过大,可试将R83减小为160Ω、120Ω…68Ω、32Ω。如改进不大,则重绕L2,适当增加匝数。R83减小限度以电压开始升高为限,若阻值过小将增大开关管损耗。 
    输出电压偏高,若D8改用3.1V仍输出5.5v以上电压,可能原因是Q17饱和压降过大,要选择饱和压降小的8050。若光耦器发光管正向压降超过2V,可用PLC817试之。 
    电源发出“吱”叫声,首先将C15改用4700pF、6800pF涤纶电容,C12改用0.47 uF无极性电容,如仍有叫声为T的L1电感量偏大,试将磁芯空气隙增大为0.2~0.3mm,方法是在芯柱接口垫入相同直径的漆包线压紧、粘牢。 
    开关电源脉冲变压器当用于单端电路时,必须留有气隙,对新型圆柱形芯柱的磁芯,制作中已予留1mm左右气隙。E1型磁芯可在两侧旁柱端面用0.6mm漆包线隔开。调整气隙可微调初级电感,无论功率大小单端开关电源不能不留气隙通电, 一旦磁芯吸牢形成磁通饱和就会产生极大噪声,同时损坏开关管。 
    附图电路最大输出功率为20W,按附表数据绕制脉冲变压器。将原图Q16改用BUT11A,R82改为0.5Ω电阻,C11改用68~100 uF/400V电解电容。

责任编辑:5V开关电源
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