设计从0V起调的开关稳压器(即DC/DC变换器)比较容易,但要设计从0V起调的隔离式开关电源(AC/DC变换器),就必须采取相应措施。例如要求UO=0~300V,即最小值UO(min)=0V,最大值UO(max)=+300V,其前提条件是单独给PWM控制器、误差放大器和外部基准电压源提供一个辅助电源,以保证在输出为0V时仍能正常工作。具体方法是将外部误差放大器的同相输入端接0~2.50V可编程基准电压源U′REF,以此代替由可调式精密并联稳压器TL431产生的2.50V基准电压源UREF;误差放大器的反相输入端接UO的取样电压UQ,输出的误差电压Ur经过缓冲放大器和线性光耦合器接PWM的控制端,再通过改变占空比来调节UO值。
精密基准电压源可采用内含基准电压源和输出放大器的高分辨率D/A转换器(简称DAC),再配上单片机构成精密基准电压源,其优点是电路简单,很容易满足设计要求。DAC可采用美国MAXIM公司生产的MAX5130型电压输出式13位DAC,其优点是内含电压温度系数低至3×10-6/℃的2.5V高稳定度基准电压源,具有模拟电压输出端,并且带三线(DIN、DOUT和SCLK)串行接口,适配单片机。DAC的输出电压为UDAC=UREF(Dx/8192)×1.6384,输出放大器的满量程输出为+4.0955V,输出电压温度系数为16×10-6/℃,非线性误差小于1LSB(LSB表示最低有效位)。采用美国TI公司生产的16位单片机MSP430F149,内含12位A/D转换器(ADC)、CPU等。
可编程精密基准电压源的内部电路框图如图14-18a所示。它采用闭环控制原理,一方面MAX5130的输出电压经过缓冲器获得基准电压U′REF;另一方面U′REF还送至MSP430F149内部的ADC,进行模/数转换,再通过串行接口接MAX5130A的DAC,进而获得所设定的U′REF值,U′REF的设定范围是0~4.0955V。图14-18b为其典型应用电路,外部误差放大器的反相输入端接U′REF,同相输入端接取样电压UQ。K端接光耦合器中红外LED的阴极电路,A端接二次侧的返回端,NPN型晶体管VT用来调节负载电流,保护二极管VD的作用是当K-A间电压极性接反时防止损坏芯片。
图14-18 可编程精密基准电压源(www.xing528.com)
a)内部电路框图 b)典型应用电路
显然,当U′REF=0V时,此时对应于误差电压Ur=0V,最小占空比Dmin=0,故功率开关管截止,UO=0V;当U′REF=2.50V时,这对应于Ur=Ur(max),最大占空比Dmax,故UO=UO(max),从而实现了输出电压从0V起可连续调整。需要指出,当UO接近于0V时的控制精度较差,PWM控制器有可能处于间歇振荡状态,使输出电压和电流不太稳定,但一般情况下这是允许的。
该电源的特点是当UO=0V(相当于负载被短路)时,负载上还能通过大电流。这是因为虽然开关电源的输出端与地之间因呈等电位而可视为同一点A,但是开关电源内部的输出电路还存在一定的电阻rO。只要PWM控制器等能正常工作,输出电流IO就经过“rO→A点→地线”再返回芯片,此时rO起到负载的作用。
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