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AC/ DC 开关电源模块的电路设计 沙占友 刘 勇 安兵菊 河北科技大学 (050054) 摘要 介绍了由 WS157 构成 AC/ DC 单片开 关电源模块的电路设计。这类模块可广泛用于 各类数字仪表和智能仪器中。 关键词 AC/ DC 电源模块 单片开关电源 脉宽调制 0 引 言 目前国内外新研制的小型化 AC/ DC 电源 模块 ,普遍采用微电子技术 ,把小型表面安装集 成电路与微型电子元器件组装成一体 , 构成高 效率 AC/ DC 电源变换模块。选择此类开关电 源模块 ,不仅能大大简化电源电路设计 ,缩短新 产品研制周期 ,还能实现最佳性能指标 ,提高整 机仪器仪表的可靠性 ,减小其体积与重量 ,便于 安装和维护。 下面介绍单片开关电源 WS157、WS106 的性能特点及工作原理 , 然后阐述小功率脉宽 调制式 AC/ DC 开关电源模块的电路设计与性 能测试。 WS157 的同类产品有美国 Power 公司生 产的 TO P221～227。 1 WS 157、WS 106 的性能特点 WS157 与 WS106 的电路相同 , 仅封装形 式不同。现以 WS157 为例 ,介绍其性能特点。 (1) 集成度高。WS157 是一种将脉宽调制 器 ( PWM) 、高 压 场 效 应 功 率 开 关 管 (MOSF ET) 和保护电路集成在一起的三端表 面安装器件 , 它真正实现了无工频变压器式开 关电源的单片集成化。它比 L 4960、L 4970 系列 单片开关式集成稳压器的集成度更高 , 并能省 去工频变压器。 (2) 它属于双极型晶体管与 MOS 场效应 管混合式集成电路 (Bi - MOS) ,只有三个引出 端 ,能以最简方式接入电路。 (3)外围电路简单。220V 交流电经整流滤 波后 , 可直接作为 WS157 的输入电压 , 输出端 接高频变压器和高频整流滤波器构成的输出电 路 ,即可构成 20W 以下的小功率开关电源。 (4) 输入交流电压范围很宽 , 当市电从 110～260V 大范围变化时 , 仍能保证稳压输 出。占空比调节范围是 3 %～47 %。 (5) 具有完善的保护功能 ,包括过流保护、 过压保护、输入欠压保护 ( V I 80V AC) 、过热 保护 (芯片结温 T j ≥145 ℃) 、锁定及自动恢复 等功能。 (6) 采用 100k Hz 的开关频率 ,损耗低 , 电 源效率η 70 % ,抗噪声干扰能力强 ,能大大减 小高频变压器的体积与重量。 (7)使用灵活。在构成单片开关电源时 ,配 降压式、升压式输出电路均可。WS157 还可作 为大功率开关电源的驱动级。 2 WS 157、WS 106 的工作原理 WS157 和 WS106 的外形及管脚排列分 别如图 1 中所示。 图 1 WS157、WS106 管脚排列 WS157、WS106 均属于表面安装元件 (SMC) , 仅封装形式和管脚数量不同。WS157 实际上只有 3 个管脚 (上、下两个 S 极在内部连 通) ,属三端器件。其中 ,C (CON TROL )为控制 端 ,S (SOU RCE) 是源极 ,D (DRA IN) 为漏极。 WS106 为 8 脚双列式封装 (SMD - 8) , 共有6 个 S 极 , 剩下的是 D 极与 C 极 , 故仍相当于三 20 1999 年 第 9 期 电测与仪表( Elect rical Measurement Inst rumentation) 总第 36 卷 第 405 期 ? 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 查询WS106供应商 图 3 AC/ DC 开关电源模块的电路 其输出功率为 6W ( + 12V 、015A) 。当输入 交流电压在 110～260V 范围内波动时 , 输出电 压几乎不变 ,输入电压调整率 SV ≤1 %。当负载 电流大幅度变化时 , 负载调整率 S I = 5 %～ 7 %。 接通电源后 , 220V 交流电首先经过桥式整 流和 C1 滤波 ,得到约 + 300V 的直流高压 ,再通 过高频变压器 T 的一次侧绕组 N 1 , 给 WS157 提供所需工作电压。从二次侧绕组 N 2 上输出 的脉宽调制功率信号 ,经 VD7 、C4 、L 0 和 C5 进 行高频整流滤波后 , 获得 + 12V 、015A 的稳压 输出。反馈线圈 N 3 上的高频电压则经过 VD6 、 R2 、C3 整流滤波后 ,得到反馈电压 ,加至控制端 C。由 V D5 、R 1 和 C2 构成反向峰值电压的箝位 电路 ,能有效抑制 D 端的反向尖峰电压。 电路