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如何设计3D打印机电源等开关电源的启动电路
来源: | 作者:666power | 发布时间: 1774天前 | 971 次浏览 | 分享到:
一款优质的3D打印机电源等开关电源必然具备启动性能好、转换效率高等特点,但你有没有想过宽压电源的输入电压范围那么广,而电源IC芯片又需要稳定的工作电压,我们该如何保证模块的性能的呢?

在为系统提供能量的同时,由于自身在极端恶劣情况下的严重损耗会给电源的稳定性带来风险。好的只在3D打印机电源等开关电源系统启动时为其提供能量,当系统正常运行后便停止工作,那么怎样才能使即安全可靠又能在输出电压建立后停止工作呢?

1、启动电路设计构思
DC-DC的输入电压范围宽,而电源IC芯片又需要稳定的工作电压,则启动电路就需要为IC提供安全稳定的启动电压。主要是一个由电阻和稳压管组成的简单启动电路,正常工作下该启动电路功耗较大,尤其在高温环境、输入高压、输出
如何设计3D打印机电源等开关电源的启动电路

一款优质的3D打印机电源等开关电源必然具备启动性能好、转换效率高等特点,但你有没有想过宽压电源的输入电压范围那么广,而电源IC芯片又需要稳定的工作电压,我们该如何保证模块的性能的呢?

在为系统提供能量的同时,由于自身在极端恶劣情况下的严重损耗会给电源的稳定性带来风险。好的只在3D打印机电源等开关电源系统启动时为其提供能量,当系统正常运行后便停止工作,那么怎样才能使即安全可靠又能在输出电压建立后停止工作呢?

1、启动电路设计构思
DC-DC的输入电压范围宽,而电源IC芯片又需要稳定的工作电压,则启动电路就需要为IC提供安全稳定的启动电压。主要是一个由电阻和稳压管组成的简单启动电路,正常工作下该启动电路功耗较大,尤其在高温环境、输入高压、输出满载的情况下启动电路发热严重极易给系统的稳定带来风险,而且还会降低的转换效率。

因此,启动电路不适合长时间持续地为3D打印机电源等开关电源IC及保护电路提供能量,一般只在系统启动时刻为其提供能量。当输出电压建立后,则由损耗较小的辅助绕组为芯片及保护电路提供能量,而此时的启动电路需停止工作。

2、一种启动电路设计
现在3D打印机电源等开关电源中常用的启动电路,该电路采用两个三极管做二级放大,可等效为三端线性稳压电源,具有启动速度快、性能安全可靠、输出电压建立后立刻停止工作的优点。

输入电压VIN为NPN三极管Q1提供IB电流使用它处于放大区,IC为放大电流也为PNP三极管Q2的基极电流,通过对IC电流的控制,可使Q2处于饱和状态并以IE的饱和电流向电容C充电,直到 Q2处于半截止或半饱和状态。此时,电容就等效成一个恒流源为IC芯片提供能量,当电容电压降到一定值时,启动电路继续为电容充电,直到辅助供电有电压后,才通过电阻R2、R3之间的分压使Q1处于截止状态,此时启动电路才停止工作,之后芯片的供电完全由辅助绕组提供。

可看出3D打印机电源等开关电源启动可分三个阶段,第一阶段,在上电时IE以近似1mA的电流向电容C充电,当VDD电压达到UCC28C40门限电压时进入第二阶段,此时饱和电流增加至5mA,在为IC供电的同时继续为电容充电,当输出电压建立后进入第三阶段,此时IE电流为零,启动电路停止工作,VDD电压上升至辅助绕组电压。在启动的整个过程中,IE的电流都是比较小而且比较平缓,所以该电路安全可靠。

3、如何使3D打印机电源等开关电源启动电路安全可靠
要让启动电路安全可靠地运行,除了必要的理论计算以外,更多应该注意的是器件的选择,谨慎的器件选择能使电路的真实值更加接近计算的理论值。稳压管D1要选择动态电阻小、膝点低的,这样能使Q1基极的电位在输入电压大幅度变化下保持一个较小的波动,从而使得供电电压VDD稳定。电阻R1、R2、R3的电阻值在电路能正常工作下尽量取大一些,以减小启动电路的损耗。R4主要是限制IE电流使得Q2快速达到饱和点,如果在条件允许下Q2的封装尽量大一点以增强散热能力。

辅助绕组的电压也是影响启动电路稳定的因素,辅助绕组电压偏低,则会使启动电路在开关电源带载时未能完全管断,Q2管在高温高压满载情况下很可能会因过热而烧毁;辅助绕组电压偏高,在某些异常情况下会使得辅助绕组供电的电压接近或超过电源IC的额定电压,对电源IC构成威胁。辅助绕组的电压过高还会对开关电源的整体效率有一定影响,启动电路设计的好坏将会影响整个开关系统的性能指标。