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AC/DC

採用AC/DC PWM方式的返馳式轉換器設計方法

選擇設計上所使用的IC

電源規格確定後,將進入設計的第2個步驟「選擇控制用電源IC」。

為什麼是「選擇IC」呢?現今設計電源電路上,一般會使用電源用IC(電源廠商可能不同),除了擁有非常優秀的控制性能外,還會配備各種保護功能,因此設計簡略不複雜,對安裝面積等反而有利。

本節以設計PWM方式的返馳式AC/DC轉換器為例,具體設定電源規格,以及決定因應該規格的電源IC。

電源依照「為了能開始設計,建議先決定最低限度的規格」,設定好一般條件。另外,也寫下根據該條件選擇IC時有哪些注意事項。

電源規格範例 選擇IC時的重點
輸入電壓:85~264VAC 能夠廣泛因應輸入電源
輸出:12VDC±5% / 3A 36W 外接輸出功率電晶體
輸出漣波電壓:200mVp-p 電流模式型
絕緣耐壓:一次側-二次側 3kVAC 利用光耦合器控制反饋
工作溫度範圍:0~50℃ 運轉保證溫度範圍:-40~85℃
效率:80%以上 開關方式
無負載時的輸入功率:0.1W以下 內建啟動電路、低耗功率型

・輸入電壓:85~264VAC
預設輸入規格能因應全球各國要求。IC則挑具有大範圍的耐壓能力且性能佳的產品。

・輸出:12VDC±5% / 3A 36W
輸出電壓は為產業機器一般使用的通行電壓12V,精度通常為±5%。輸出電流為3A,雖然可以選擇內建開關用電晶體的IC,但為了理解基本構造,建議外接開關用的功率MOSFET。

・輸出漣波:200mVp-p
輸出漣波為標準值。著重在能降低漣波的電流模式所使用的控制IC。

・絕緣耐壓:一次側-二次側之間 3kVAC
除了變壓器外,為了控制回饋、穩定輸出電壓,必須裝設將二次側電壓(輸出電壓)傳送回一次側的線路,而該線路也必須能夠絕緣。回饋電路會使用光耦合器來絕緣。

・工作溫度範圍:0~50℃
工作溫度範圍為機器一般規格即可。為了達到該標準,應選擇溫度範圍更大的IC和零件。

・效率:80%以上
這也算是一般常見的效率。有的DC/DC轉換器會要求效率超過90%,但AC/DC轉換器雖然還有改善的空間,不過效率依然達到80%,並未因此而偏低。為了達到此一效率,必須裝設採用開關方式的AC/DC轉換電路。

・無負載時的輸入功率:0.1W以下
為了達到其目標值,必須採用能保持低耗電量的控制IC才行。

而在找尋可以實現電源規格目標的IC時,也要先了解AC/DC轉換方式和特色、市場流通的控制用IC種類和功能。乍看之下非常複雜,不過只要決定好轉換方式,之後就簡單許多了。此次採用PWM方式的返馳式轉換器,因此在找尋IC之際,會先鎖定能組成返馳式轉換器的IC。接著,依照採用PWM方式、符合輸入範圍和輸出規格的順序來尋找IC。我們可以前往IC廠商的web網站上限定條件進行搜尋,記得多加利用。

以下為能夠實現該電源規格的電源IC。

BM1P061FJ:AC/DC用 PWM 控制器IC

特色

  • PWM 頻率65kHz
  • 電流模式方式
  • 輕負載時BURST模式、降頻功能
  • 內建650V 啟動電路
  • VCC 端子低電壓保護、過電壓保護
  • CS端子 開路保護
  • CS端子 Leading-Edge-Blanking 功能
  • 每循環限制過電流功能
  • 過電流限制器AC 校正功能
  • 緩啟動功能
  • 二次側過電流保護電路
  • 跳頻功能(Frequency Hopping)
使用BM1P061FJ的絕緣型返馳式轉換器電路

使用BM1P061FJ的絕緣型返馳式轉換器電路

BM1P061FJ是AC/DC轉換器用的PWM控制器IC,能組成絕緣型的返馳式轉換器。IC特色如上所述,但此次設計範例的規格中使用該款IC,主要是因為其屬於採用內建650V 耐壓啟動電路之電流模式,能充分因應整流264VAC之DC電壓的PWM方式開關電源用IC,以及配備啟動電路和能在輕負載時降低開關頻率、省電力且高效率,還有BM1PXXX 系列產品陣容豐富,在設計途中變更規格也容易等諸多優點。

另外,也列出組成返馳式時的基本電路。如圖片所示,IC集積化高,因此外接零件非常少。IC詳細資料可以參照資料表。

決定好能實現電源規格的IC後,建議再稍微複習一下AC/DC轉換,之後再開始進行設計。

重點:

・大部分在一開始設計時,都還沒有決定電源規格為何。

・在開始設計時,應儘可能收集必要的資料,在能變更的前提下保留容許範圍和彈性,再開始進行設計。

・其實在電源設計上,電源IC佔了極重要的地位,會依使用的IC來決定電路和零件。


PWM返馳式轉換器設計範例