开关电源中常见变换器主电路拓扑

开关电源中常见变换器主电路拓扑1.1Buck变换器Buck变换器又称降压变换器，Buck型电路拓扑由有源开关（功率MOSFET）、续流二极管D（或由同步整流开关代替）、储能电感L、滤波电容C组成。其电路如图1-1所示。电感和输出电容组成一个低通滤波器，滤波后电压以很小的纹波呈现在输出端。图1-1Buck变换器拓扑结构Boost变换器Boost变器又称升压变换器，其电路如图1-2所示。改变降压变换器中元件的位置就可把它变成升压变换器。在升压变换器中，开关管导通时在电感中有斜波电流流过。当开关管断开时，电感中的电流必须保持流动，电感上的电压改变极性，使二极管正向偏置，并释放能量到输出端和输出电容器。1.3反激变换器反激变换器又称Flyback式变换器，其电路如图1-3所示。由于反激变换器的电路拓扑结构简单，能提供多组直流输出和升降范围宽，因此广泛应用于中小功率变换场合。其结构相当于在Boost变换器中，用一个变压器代替升压电感，即构成了反激式变换器。1:N ™图1-3反激电路原理图

当开关晶体管VS被驱动脉冲激励而导通时，Vin加在开关变压器T的初级绕组L1上，此时次级绕组L2的极性使VD处于反偏而截止，因此L2上没有电流流过，此时电感能量储存在L1中，当VS截止时，L2上电压极性颠倒使VD处于正偏，L2上有电流流过，在VS导通期间储存在L1中的能量此时通过VD向负载释放。反激式变换器工作波形见图1-4。图1-4反激式变换器工作波形2.PFC电路PFC的英文全称为PowerFactorCorrection，意思是功率因数校正。功率因数指的是有功功率与总耗电量（视在功率）之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量（视在功率）的比值。功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越大，代表其电力利用率越高。PFC电路分有源（主动式）PFC和无源（被动式）PFC两种。应用芯片MC33262设计的有源PFC电路原理图如图5-1所示。C5C5图5-1MC33262实现的有源PFC电路图图5-1中，Vpfc,in为PFC电路的输入电压，接整流滤波电路的输出电压；Vpfc,out为PFC电路的输出电压；Vcc为芯片的供电电压。功率因数校正的具体实现为：首先，当芯片MC33262的Vcc脚上电后，通过R19和R12组成的分压网络检测输出电压在其FB脚上的电压VFB,VFB的计算公式如5-2所示。将VFB与其内部误差放大器的基准电压Vr(Vr=2.5V)进行比较产生一误差信号，并将其送入到内部的乘法器的一个输入端；整流输出电压Vpfc,in经分压网络R1和R15分压后输入到乘法器另一端，通过内部带宽控制，乘法器的输出作为基准电压与电流检测电阻R18上检测的电压进行比较后经过内部控制电路形成驱动功率MOSV1的驱动脉冲，从而实现功率因数校正。 V二V*R19/(R19+R12)FB Pfc,out驱动脉冲频率的控制实现：驱动功率MOSV1的驱动脉冲的频率是一直变化的，而在一个开关周期内驱动脉冲的导通时间却是恒定的。其频率的变换是通过辅助绕组L1和MC33262的Zcd脚实现的。Zcd脚通过R7检测L1上的电压，当L1上的电压为零时说明主电感L上的磁通已降到零，此时通过内部控制电路使开关管导通，从而实现驱动脉冲频率的控制。由式5-4得输出电压V二V*(R19+R12)/R19Pfc,out FB其中VFB与其内部基准电压Vr基本相同，故通过合理的选择R19和R12的值就可以获得适合的Vpfc,OUt。在芯片启动瞬间，整流输入电压通过二极管VD1在输出电容上形成电压，检测网络检测输出电压并在其软起脚和补偿脚Comp的控制下通过限制占空比并使其正常工作。PFC电路功能实现及测试按原理图5-1设计的PFC电路硬件实现后正常工作时电感电流和驱动脉冲的波形如图5-5所示。r~l1.271111^r~l1.271111^-11OrnA1,2刊吨i,4)SAA.1.1CA△■出DM生图5-5PFC电路正常工作时的波形上图中，上部曲线为流过PFC电感的电流波形，下部曲线为驱动脉冲信号波形。顶部

为时间轴放大2000倍的波形，可以看出流过电感的电流具有正弦包络，实现了PFC校正；

由下部的驱动脉冲可以看出为其导通时间恒定的工作模式。3.LED驱动恒流控制实现方法现有LED驱动恒流控制常见的方式是利用升压式DC/DC转换器来实现LED的恒流驱动，其电路如图4-1所示。整个驱动电路相当于恒流源，可消除因温度和工艺引起的正向电压变化所导致的电流变化。电源参考电压VR和电流检测电阻器的值决定了LED电流。在驱动多个LED时，只需把它们串联就可以在每个LED中实现恒定电流，且单串电流精确可调。❖该方法有以下优点：3.1高精度恒流：整个驱动电路相当于恒流源，可消除因温度和工艺引起的正向电压变化所导致的电流变化。LED电流的精度，基本上取决于转换器的反馈阈值电压的精度和控制环的环路增益，因此不会受到LED正向电压的影响；3.2高效率：使用低的反馈阈值电压，可以降低电流检测电阻的功率损失，驱动电路效率可以达到80%以上；3.3高匹配度：白光LED采用串联方式连接，所以流过它们的电流完全匹配；3.4体积小：转换芯片及其外围器件可以采用小体积的表贴式封装。电源板常用芯片资料介绍Skip；'l3tchazFcsdGNDoz1.NCP1271芯片Skip；'l3tchazFcsdGNDoz1.1NCP1271芯片简介NCP1271芯片是一个AC-DC电源管理芯片，主要应用在LED背光源电视的电源板电源供电电路和待机控制电路中。因其引脚少（只有8个引脚，如图1）、体积小、待机功耗小、可靠性较高，故在我们的26寸和32寸LED电视的电源板中有较多的应用。图6-1：NCP1271引脚示意图

NCP1271芯片工作原理电源板通电后，芯片第8脚HV先上电，通过内部电路给第6脚Vcc的外部电容充电,当充电量达到12.6V以后，芯片内部电路开始工作，第5脚开始输出驱动脉冲，控制外部开关变压器给Vcc提供正常工作的电压，从此，芯片进入正常工作状态。第1脚Skip/latc接电阻用来设置跳跃频率；第2脚FB连接光耦，接收输出回路的反馈；第3脚CS检测流经MOS管的电流；第4脚GND芯片接地；第5脚Drv驱动开关电源的MOS管；第6脚Vcc是芯片的供电脚；第8脚HV给Vcc脚充电，提供芯片预启动的电压。NCP1271芯片正常工作时各引脚参考电平引脚引脚名称正常工作参考电平待机工作参考电平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无无8HV160V-190V160V-190V注：各参考电平皆是万用表测量结果NCP1271芯片及外围电路常见故障a第5脚Drv脚对地短路，导致芯片不能启动工作，整个电源板不能工作。可用万用表测得。需要更换此芯片以恢复电源板正常工作。PINDIAGRAM第8脚HV脚高压打坏，会看到与此引脚相连的电阻都有烧坏的迹象。排除产生高压的原因，更换此芯片以恢复电源板正常工作。PINDIAGRAM芯片第5脚所驱动的MOS管被击穿，导致整个电源板不能正常工作。可发现MOS有关的一些电阻烧坏，并可用万用表测得MOS管短路。2.OZ9902芯片2.1OZ9902芯片简介OZ9902芯片是一款大功率双通道LED驱动芯片。每-个通道都可以独立控制，保护功能齐全，在目前多款LED液晶电视中都有应用。芯片引脚有24个，示意图如图2。图6-2OZ9902芯片引脚示意图

2.2OZ9902芯片工作原理OZ9902芯片是一款大功率双通道LED驱动芯片。每一个通道都可以独立控制，保护功能齐全，在目前多款LED液晶电视中都有应用。芯片引脚有24个，示意图如图2。OZ9902芯片通过控制外置MOS管的导通与关断来实现LED灯条的驱动，通过检测外置MOS电路上的电流和电压来实现各种保护功能。当第2脚Vcc脚获得工作电压，第3脚ENA脚获得高电平，第1脚UVLS脚获得高于3V的电压后，芯片启动，开始工作。DRV1/2脚输出驱动脉冲驱动外部的升压MOS管,ISW1/2脚检测相应升压MOS管S端的电压是否正常，OVP1/2脚检测控制升压电路的输出电压在所需的电压范围之内。PROT1/2脚输出驱动脉冲驱动灯条下端的MOS管，ISEN1/2脚检测控制相应的MOS管的S端电流，从而控制流经整个灯条串的电流大小。SSTCMP1/2脚设置芯片的缓启动，避免芯片对保护功能的误判断。TIMER脚主要进行保护功能的判定，在达到保护条件后实现关闭输出驱动脉冲，进而达到保护的目的。ADIM脚设置控制流经灯条电流的工作方式。PWM1/2脚接收主板发来的PWM信号实现PWM方式的调光。SYNC脚用来设置多个芯片级联时的工作方式。RT脚设置芯片的工作频率。2.3OZ9902芯片及外围电路常见故障灯条高压端对背板等类似的地短路，导致灯条不亮。此时测OVP脚电平低于0.2V。另外用万用表测灯条高压端和背板之间是导通状态。灯条低压端对背板等类似的地短路，导致灯条一闪即灭。此时测第10脚TIMER脚电平大于等于3.0V。另外用万用表测灯条低压端和背板之间是导通状态。c.DRV1/2脚所驱动的升压MOS被击穿，导致灯条不亮。此时可测得升压MOS的GS或者DS出于导通状态，甚至可看到升压MOS周围的一些贴片电阻器件有烧坏的迹象。3.OZ9902B芯片3・13.OZ9902B芯片3・1OZ9902B芯片简介OZ9902B芯片是一款大功率单通道LED驱动芯片。不同与OZ9902芯片的双通道，OZ9902B是单通道的驱动芯片。但是其保护功能齐全，是和OZ9902相同的。目前主要应用在26寸单灯条的LED液晶电视中。芯片引脚有16个,示意图如图2。3.2OZ9902芯片工作原理与OZ9902芯片相同,OZ9902B芯片通过控制外置MOS管的导通与关断来实现LED灯条的驱动，通过检测外置MOS电路上的电流和电压来实现各种保护功能。PINDIAGRAM12345678UVLSfaultDRVENAGNDVREFOVPRISWPWMPROTADIMISE.N1MERCMF161514131211109与OZ9902芯片工作方式相同，OZ9902B芯片的第2脚Vcc脚获得工作电压，第3脚ENA脚获得高电平，第1脚UVLS脚获得高于3V的电压后，芯片启动，开始工作。DRV脚输出驱动脉冲驱动外部的升压MOS管,ISW脚检测相应升压MOS管S端的电压是否正常，OVP脚检测控制升压电路的输出电压在所需的电压范围之内。PROT脚输出驱动脉冲驱动灯条下端的MOS管,ISEN脚检测控制相应的MOS管的S端电流，从而控制流经整个灯条串的电流大小。SSTCMP脚设置芯片的缓启动，避免芯片对保护功能的误判断。TIMER脚主要进行保护功能的判定，在达到保护条件后实现关闭输出驱动脉冲，进而达到保护的目的。ADIM脚设置控制流经灯条电流的工作方式。PWM脚接收主板发来的PWM信号实现PWM方式的调光。