基于TEA1532反激式開關(guān)電源的設(shè)計與調(diào)試

朱漢峰

[摘 要]許多家電產(chǎn)品都需要多路穩(wěn)壓電源來供電，在電子儀器、自控裝置中也要給多種模擬及數(shù)字電路提供多路電源，如何實現(xiàn)低成本、高性能的設(shè)計是現(xiàn)代電力電子的研究方向，下面以TEA1532芯片為核心設(shè)計的一款單端反激式、寬電壓輸入范圍、多路固定電壓輸出的開關(guān)電源為例，解析工程師在調(diào)試過程中如何解決遇到的問題。

[關(guān)鍵詞]單芯片 重啟 輕載

中圖分類號：TM46 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）01-0030-01

一、IC芯片簡介

1.1 芯片功能

TEA1532是一種變頻開關(guān)電源控制器，用于直接由整流AC線供電的準(zhǔn)諧振反激式轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，除具備標(biāo)準(zhǔn)的GreenChipTMII功能外，它還有多功能保護(hù)引腳、欠壓保護(hù)和用以防止連續(xù)模式中出現(xiàn)次諧波振蕩的斜率補(bǔ)償功能。這些功能使設(shè)計更為簡便，所需要的外部元器件數(shù)大大減少，保護(hù)功能也極大提高。

1.2 芯片特色

TEA1532通過SO8和DIP8封裝將QR和CCM兩種操作模式集成于同一芯片內(nèi)，在QR操作模式下，TEA1532能提供真正的谷底交換、從而改善EMI性能。CCM模式則能將功率效率最大化并提供低待機(jī)功耗，在CCM模式下提供了通用保護(hù)引腳、欠壓保護(hù)、斜率補(bǔ)償和防止次諧波振蕩，還具有高達(dá)63KHz的開關(guān)頻率和降低待機(jī)功率的周期跳躍功能，待機(jī)狀態(tài)在3W以下還可降低電源頻率。

二、工作原理簡介

交流電壓經(jīng)整流平滑后為電路提供直流工作電壓，啟動電路給電容C9充電，當(dāng)C9電壓達(dá)到15V時，TEA1532有輸出，是MOS開關(guān)Q3（12A500V）導(dǎo)通，能量存儲在變壓器T1中，此時由于二次側(cè)各路整流二極管反向偏置，故能量不能傳到T1的二次側(cè)，T1的一次側(cè)電流通過R30檢測并與TEA1532內(nèi)部提供的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到這一電平時，Q3關(guān)斷，所有變壓器的繞組極性反向，輸出整流二極管正向偏置，存儲在T1中的能量傳輸?shù)捷敵鲭娙萜鳌?/p>

啟動結(jié)束后，反饋線圈的電壓整流后經(jīng)取樣電阻分壓送到控制端與IC內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較來調(diào)整驅(qū)動脈沖寬度，從而改變輸出電壓以實現(xiàn)對輸出的控制。這樣，能量周而復(fù)始的儲存釋放，給各路輸出端提供電壓。

三、調(diào)試過程

在設(shè)計過程中工程師會遇到很多問題，現(xiàn)在例舉常見的兩個代表性案例進(jìn)行闡述。

3.1 空載關(guān)機(jī)后，PG GO LOW約2.5S后重啟

a）原因分析

如圖3，當(dāng)A點(diǎn)的電壓經(jīng)過二極管和電容的整流濾波，再經(jīng)電阻分壓后到達(dá)UX1 PIN2，當(dāng)UX1 PIN2的電壓高于1.25V的時候，UX1 PIN5輸出高電壓，PG出現(xiàn)。從2A及以上的負(fù)載掉到完全空載或滿載到空載的動態(tài)測試時，輸出端的電容和變壓器副邊所儲存的能量非常慢的瀉放，機(jī)臺變壓器在負(fù)載跳變后的一段時間內(nèi)沒有能量傳輸，由于A點(diǎn)到UX1 PIN2這條線路上面電容非常小，無法維持UX1 PIN2的電壓1.25V 20ms，所以PG電壓會在跳載后跌落一段時間重新起來。

b）改善措施

為了改善此問題，在增加QX4 P-MOS，在A點(diǎn)電壓掉到某個電壓時，QX4的GATE電壓經(jīng)過DX3拉LOW，QX4導(dǎo)通，從UX1 Vcc補(bǔ)充電壓至UX1 PIN2，保持PG不會跌落。

當(dāng)空載關(guān)機(jī)時，大電容的放電速度大于輸出端電容的放電速度，當(dāng)大電容的電壓低于某個電壓時PWM停止工作，A點(diǎn)電壓慢慢下降；當(dāng)A點(diǎn)電壓在24V以上時，QX4不會導(dǎo)通，PG會在此之前GO LOW，而當(dāng)A點(diǎn)電壓降到24V以下時，QX4開始導(dǎo)通，UX1 PIN1的電壓會補(bǔ)充到UX1 PIN2導(dǎo)致PG重新開啟。

關(guān)機(jī)后，CH3慢慢下降，當(dāng)?shù)陀?.24V時，PG GO LOW，此時CH2（QX4 GATE）為高，不會有能量補(bǔ)充到UX1 PIN2。而當(dāng)大電容的電壓低于某個電壓，PWM停止工作，CH2電壓往下掉，掉到低于12V時，QX4導(dǎo)通，CH3（UX1 PIN2）得到高于1.24V的電壓，導(dǎo)致PG重新啟動。

c）方案驗證

增加INPUT UVP線路，在AC INPUT關(guān)斷時，INPUT UVP 動作，PWM關(guān)斷，12V OUTPUT立即開始放電；當(dāng)QX4 GATE變低，QX4導(dǎo)通時12V OUTPUT的電壓已經(jīng)降低至無法使UX1 PIN2達(dá)到1.24V；PG不會重起。

3.2 輕載（0A～1A）關(guān)機(jī)后，12V OUTPUT重新開啟到3V左右

a）原因分析

如圖5，當(dāng)機(jī)臺輕載關(guān)機(jī)時，AC INPUT關(guān)斷，INPUT UVP立即動作。動作過程：AC 關(guān)斷，U4 Vref小于1.24V，U4截止，Q1 GATE為高電平，Q1導(dǎo)通，U3 PIN4電壓被拉低，U3 PIN1輸出低電位，Q7導(dǎo)通，VCC4經(jīng)過R29，Q7，D8，R56，R81到達(dá)U2 PIN4；U2 PIN4電壓大于2.5V時，U2停止工作。輕載關(guān)機(jī)后，大電容的電壓慢慢降低，VCC4也慢慢降低，當(dāng)VCC4的電壓經(jīng)過分壓到達(dá)U2 PIN4的電壓不夠2.5V而同時大電容的電壓大于90V時，U2可以啟動。

重載情況下，當(dāng)U2 PIN4的電壓低于2.5V時，大電容的電壓已經(jīng)泄放到低于90V，所以不會重新啟動。b）解決方案

將R56由原來的20K改為15K，使輕載關(guān)機(jī)時U2 PIN4電壓維持2.5V以上。

四、小結(jié)

本文對反激式開關(guān)電源電路工作原理進(jìn)行了簡要分析，同時給出應(yīng)用電路的主要設(shè)計調(diào)試過程，最后通過樣機(jī)測試證明該電路改造具有一定的應(yīng)用價值，達(dá)到預(yù)期效果，這種線路調(diào)試方法對后期工程師調(diào)試會有一定幫助和啟發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1] 《開關(guān)電源理論與設(shè)計實踐》 電子工業(yè)出版社 梁適安

[2] 《開關(guān)電源中磁性元器件》 南京航空航天大學(xué) 趙修科