新型单片开关电源的设计
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图 1 反激式变换器原理 在反激式变换器中, 一般有 2 种工作模式: 完全能量 转换型 (电感电流不连续) 和不完全能量转换型 (电感电 流连续方式)。 这两种工作方式的小信号传递函数是极不 相同的, 动态分析时要做不同处理。当变换器输入电压在 一个较大范围内发生变化, 或负载在较大范围变化时, 必 然跨越两种工作方式。因此反激式变换器常要求能在完全 和 不 完 全 能 量 转 换 方 式 下 稳 定 工 作。 本 文 介 绍 的 TDA 1683x 是一种电流型 IC, 因此当用于反激式变换器中 时, 可以使能量完全转换方式的许多设计问题简化。在不 完全能量转换方式中, 由于传递函数“右半平面零点”, 在
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电子技术
慕政平: 新型单片开关电源的设计
直流电成分, 这在变压器设计中是非常重要的。
图 2 变压器磁化曲线及传递能量 在实际设计中, 通过改变初级电感和调整气隙大小来 选择能量传递方式。经验证明, 一个合适的气隙可以使电 流瞬时值、效率、噪音都比较合适。气隙的确定, 除计算 外, 还需实际调整, 使上述指标达到最佳。
参 考 文 献
[ 1 ] 余兆民, 李晓飞, 陈来春 1M PEG 标准及其应用 [M ] 1 北 京: 北京邮电大学出版社, 20021
[ 2 ] M PEG 4 视频容错性及在 3G 中应用 1 [ 3 ] M PEG 4 V ideo V erifica tion M odel version 1610 ISO IEC
3 专用驱动电源的设计
图 3 TDA 16831～ 9 系列电流型单片开关电源工作原理
下面, 以 TDA 16833 为例分析其内部结构的功能。 启动电路 (U VLO ) 该部分接于外部V CC端。当V CC 电压高于固定的开通门限电压时, U VLO 工作, b ias 电路
106
S IEM EN S 的 TDA 1683x 系 列 单 片 开 关 电源凭借其独到的性能, 可应用于可靠性要求 较高的电力电子驱动系统。 下面针对 IPM 模 块 (CTM series) 电源的设计简介如下。 311 电路原理 电路原理如图 4 所示。适用于 3 kW 以下三相变频器
比较器 (com p arato r) 该比较器把被放大了的M O S 管电流信号 pwm rm p 和由 V out来的参考信号 pwm IN 进行 比较。当电流信号大于参考信号时, M O S 管关闭。图中还 有一个辅助比较器, 设置了非常低的门限电压, 用来实现 0% 占空比。
逻辑控制 ( log pwm ) 该电路由一个 R S 触发器和一 个与非门组成。 该部分控制着M O S 管的导通与关断。 使 M O S 管导通的条件是使下面诸条件全部成立: 软启动开
P
表示气隙长度;
, I 2 P1
I2 P2
为导通周
期始、末的瞬时电流值。
显然气隙的存在提高了传递的功率 (图 2 阴影部分)。 值得注意的是, 增加气隙对由于负载引起的磁饱和有 明显的抑制作用, 但对于因输入电压过高和 或开关频率 过低引起的磁饱和是无用的。
总之, 外加的伏秒值、匝数和磁芯面积决定了B 轴上 的 ∃B ac, 直流的平均电流值、匝数和磁路长度决定了H 轴 上 H ac值的位置。为了防止磁饱和, 必须有足够的线圈数和 磁芯面积来平衡外加的伏秒值, 必须有足够的气隙来平衡
振荡器 (o se) 该部分有一个分频触发器, 该触发器 可以将振荡频率降至一半, 形成开关频率。同时, 他能使 最 大占空比 D max = 015。 必要时, 可利用辅助电路, 使 D max= 0175。
误差放大器 (pwm op ) 放大进入的M O S 电流信号, 并将其转换成电压。一般情况下, 当对M O S 管进行斩波操 作时, 会在电流信号前形成一个尖峰脉冲, 从而使比较结果 失效, 这点在轻负载时尤为显著。该放大器提供了前沿消隐 功能, 实际电流信号经过外部偏置而限制了这种现象。
收稿日期: 2005 04 28
高频段引入 180°相位改变, 则电流方式控制不能消除固有 不稳定问题, 这就要求控制环增益偏离低频段, 并要求能 降低瞬态响应速度, 这些都要通过调整 P ID 常数来实现。 同时, 能量不完全传递型的传递函数带有低输出阻抗的两 个极点系统, 输出负载加大时, 脉宽仅需轻微增加即可, 可 以使输出的负载能力增强。在设计过程中, 恰当掌握磁性 参数, 可使电源工作在较大动态范围内。
和软启动电路闭合。一旦V CC电压低于关闭门限电压时, 则 电路关闭。 此时电路Baidu Nhomakorabea电流消耗被限制到最小。
电流源 (b ias) 该电路给内部提供一个恒定的电流, 用以限流和定时、 软启动等。
软启动 ( so sta) 此功能只限于 TDA 16836 7。当芯 片起振后, 在软启动电容电压上升过程后, M O S 管的导通 时间逐步增加, 避免了M O S 管导通时间瞬时增至最大带 来的不良影响, 例如防止功率变压器电流饱和, 限制输出 滤波电容形成的浪涌电流以及输出的瞬时过冲电压等。特 别是芯片的供电是由功率变压器辅助绕组提供时, 输出的 过冲电压造成的影响会很大。这时, 当输出功率较大时, 变 压器产生的过冲电压往往会超过V CC的最高允许值。
4 结 语
随着 3G 的发展和成熟, 使得各种多媒体增值服务更
加多样化成为可能, 克服了第一代和第二代服务内容单 一, 各种多媒体服务相关产业雨后春笋般的出现。在汽车 电子这样一个特殊应用领域, 基于 3G 的多媒体服务成为 一个亮点,M PEG4 具备低码率获得高质量, 强大的多媒体 支持和强大的抗错和纠错能力, 在汽车电子移动通信和多 媒体中应用, 使得车载移动通信和多媒体服务不再是可望 不可及。
M U Zhengp ing
(Shaanx i E lectron ic In stitu te of Sup ervision, X i′an, 710004, Ch ina)
A bs tra c t: T h is p ap er in troduces the ba sic ru le of the backw a rd converter, p resen ts the p rincip le, design m ethod and exp erim en ta2 tion resu lt of a new p a ttern sing le ch ip sw itch ing pow er supp ly by a system m ade of TDA 1683x, a series of electric cu rren t sing le ch ip sw itch ing pow er supp ly p roduced by S IEM EN S com p any1T he sw itch ing pow er supp ly ha s the virtue of sim p le p erip hera l and w ide range of tem p era tu re1T he exp erim en t resu lt ha s p roved its h igh reliab ility and qua lity, so it can be w idely u sed in pow er electron ics system 1
在采用不完全能量传递方式时, 由于出现直流分量, 需加气隙以便增加其动态范围, 增加其输出功率。同时在 设计时选小的 ∃B , 从而可以降低损耗, 提高电源的稳定 性。 一般设变压器传递功率可用下式表示:
∫ P = f
Bw
V e H dB = Br
1 2
L
P
(I2 P2
-
) I 2 P1
其中:
V
e
表示磁体体积; L
始, pwm IN 信号超过最低门限, pwm IN 信号 高于 pwm rm p , 过电流关闭无效, 过热关闭无 效, 以及 tf f 电路输出启动脉冲。使M O S 管关 断 的 条 件 是 使 下 面 任 一 条 件 成 立: 超 过 pwm IN , 或者占空比超过 015, 或者 pwm cs 超 过 Imax, 或者硅片的温度超过 T , max 或者U VLO 低于最低门限。R S 触发器的作用是确保在每 一个周期内只进行一次开通操作。
(下转第 110 页)
汽车电子
潘秋菱等: M PEG4 及其基于 3G 的汽车电子应用
以接受的错误隐藏结果。对于 I VO P, V P 内所有的M B 的 直流系数可以集中在一起用直流标志(DC M A R KER ) 与交 流系数分开传送。如果交流系数出现错误 , 可用DC 覆盖整 个M B。 对于 P VO P, V P 内所有的 M B 的运动矢量 (M V ) 可以集中在一起用运动矢量标志 (M V M A R KER ) 残差图像的DCT 系数分开传送。如果DCT 系数出错, 整个 M B 丢弃这些系数而用M V 所指的参考图像代替。
在将来 3G 网络中, 开展移动通信和多媒体下载业务, 特别是汽车电子这样的一个集群移动通信和多媒体环境, 可用的实际带宽和传输多媒体数据的稳定性和可靠性 (容 错和纠错性) 是关键, 综合M PEG4 的特点, 高压缩率, 但 是保有极佳的音质和画质; 存取灵活多样性, 可以采用各 种存储媒体, 提高抗错误能力, 空域和时域的可扩展性以 及强健的纠错能力和容错能力; 强大的多媒体功能。这些 特点正好迎合汽车电子的移动通信系统和多媒体业务要 求, M PEG4 的低码率高压缩性使得可以适应车载移动通 信系统在车快速移动时带宽变窄, 容错和纠错性保障了传 输的质量有稳定性和可靠性。强大的多媒体功能满足汽车 电子多媒体业务的需求, 比如通过多媒体无线接入, 可以 浏览网页、 看新闻、 阅读邮件、 在线游戏等。
J TC1 SC 29 W G11 N 3312M a rch 20001 [4 ] H 1264 and M PEG4 V ideo Com p ression V ideo Code fo r
关键词: 反激式变换器; 单片开关电源; TDA 1683x; 外围电路 中图分类号: T P 303+ 13 文献标识码: B 文章编号: 1004 373X (2005) 13 105 02
D es ign of New Type S ingle Ch ip Sw itch ing Power Supply
Ke yw o rds: backw a rd converter; sing le ch ip sw itch ing pow er supp ly; TDA 1683x; p erip hera l circu it
1 概 述 反激式变换器原理如图 1 所示, 由于电路简单, 且能
高效提供直流输出, 对多组输出特别有效, 因此广泛用于 电力电子的内部电源。
2 工作原理 S IEM EN S 公司最新推出的 TDA 1683x 系列电流型
单片开关电源, 具有体积小、外围电路简单、温度范围宽 的特点, 很适用于逆变电源、变频器等电力电子设备的工 作电源。这种电流型控制器件工作原理如图 3 所示。流经 M O S 管电流的大小和一个给定电压值进行比较, 其输出 确定了M O S 管的导通时间, 其中输出电压和给定电压相 关。为了简化外部电路, M O S 管的电流检测电阻直接集成 在 IC 内部。同时, 确定单片电源频率的振荡电阻和电容, 也集成于 IC 内。为了尽量降低温度对芯片工作的影响, 采 取了专门的温度补偿措施, 并尽量降低电阻的误差。
《现代电子技术》2005 年第 13 期总第 204 期
电子技术应用
新型单片开关电源的设计
慕政平
(陕西省电子产品监督检验所 陕西 西安 710004)
摘 要: 介绍了反激式变换器的基本设计规则, 同时以西门子 TDA 1683x 系列电流型单片开关电源为例, 介绍一种新 型单片开关电源的原理和设计, 该电源具有外围电路简单、温度范围宽的特点。实验结果表明该电源工作可靠、性能优良、 可广泛应用于可靠性要求较高的电力电子系统中。
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电子技术
慕政平: 新型单片开关电源的设计
直流电成分, 这在变压器设计中是非常重要的。
图 2 变压器磁化曲线及传递能量 在实际设计中, 通过改变初级电感和调整气隙大小来 选择能量传递方式。经验证明, 一个合适的气隙可以使电 流瞬时值、效率、噪音都比较合适。气隙的确定, 除计算 外, 还需实际调整, 使上述指标达到最佳。
参 考 文 献
[ 1 ] 余兆民, 李晓飞, 陈来春 1M PEG 标准及其应用 [M ] 1 北 京: 北京邮电大学出版社, 20021
[ 2 ] M PEG 4 视频容错性及在 3G 中应用 1 [ 3 ] M PEG 4 V ideo V erifica tion M odel version 1610 ISO IEC
3 专用驱动电源的设计
图 3 TDA 16831～ 9 系列电流型单片开关电源工作原理
下面, 以 TDA 16833 为例分析其内部结构的功能。 启动电路 (U VLO ) 该部分接于外部V CC端。当V CC 电压高于固定的开通门限电压时, U VLO 工作, b ias 电路
106
S IEM EN S 的 TDA 1683x 系 列 单 片 开 关 电源凭借其独到的性能, 可应用于可靠性要求 较高的电力电子驱动系统。 下面针对 IPM 模 块 (CTM series) 电源的设计简介如下。 311 电路原理 电路原理如图 4 所示。适用于 3 kW 以下三相变频器
比较器 (com p arato r) 该比较器把被放大了的M O S 管电流信号 pwm rm p 和由 V out来的参考信号 pwm IN 进行 比较。当电流信号大于参考信号时, M O S 管关闭。图中还 有一个辅助比较器, 设置了非常低的门限电压, 用来实现 0% 占空比。
逻辑控制 ( log pwm ) 该电路由一个 R S 触发器和一 个与非门组成。 该部分控制着M O S 管的导通与关断。 使 M O S 管导通的条件是使下面诸条件全部成立: 软启动开
P
表示气隙长度;
, I 2 P1
I2 P2
为导通周
期始、末的瞬时电流值。
显然气隙的存在提高了传递的功率 (图 2 阴影部分)。 值得注意的是, 增加气隙对由于负载引起的磁饱和有 明显的抑制作用, 但对于因输入电压过高和 或开关频率 过低引起的磁饱和是无用的。
总之, 外加的伏秒值、匝数和磁芯面积决定了B 轴上 的 ∃B ac, 直流的平均电流值、匝数和磁路长度决定了H 轴 上 H ac值的位置。为了防止磁饱和, 必须有足够的线圈数和 磁芯面积来平衡外加的伏秒值, 必须有足够的气隙来平衡
振荡器 (o se) 该部分有一个分频触发器, 该触发器 可以将振荡频率降至一半, 形成开关频率。同时, 他能使 最 大占空比 D max = 015。 必要时, 可利用辅助电路, 使 D max= 0175。
误差放大器 (pwm op ) 放大进入的M O S 电流信号, 并将其转换成电压。一般情况下, 当对M O S 管进行斩波操 作时, 会在电流信号前形成一个尖峰脉冲, 从而使比较结果 失效, 这点在轻负载时尤为显著。该放大器提供了前沿消隐 功能, 实际电流信号经过外部偏置而限制了这种现象。
收稿日期: 2005 04 28
高频段引入 180°相位改变, 则电流方式控制不能消除固有 不稳定问题, 这就要求控制环增益偏离低频段, 并要求能 降低瞬态响应速度, 这些都要通过调整 P ID 常数来实现。 同时, 能量不完全传递型的传递函数带有低输出阻抗的两 个极点系统, 输出负载加大时, 脉宽仅需轻微增加即可, 可 以使输出的负载能力增强。在设计过程中, 恰当掌握磁性 参数, 可使电源工作在较大动态范围内。
和软启动电路闭合。一旦V CC电压低于关闭门限电压时, 则 电路关闭。 此时电路Baidu Nhomakorabea电流消耗被限制到最小。
电流源 (b ias) 该电路给内部提供一个恒定的电流, 用以限流和定时、 软启动等。
软启动 ( so sta) 此功能只限于 TDA 16836 7。当芯 片起振后, 在软启动电容电压上升过程后, M O S 管的导通 时间逐步增加, 避免了M O S 管导通时间瞬时增至最大带 来的不良影响, 例如防止功率变压器电流饱和, 限制输出 滤波电容形成的浪涌电流以及输出的瞬时过冲电压等。特 别是芯片的供电是由功率变压器辅助绕组提供时, 输出的 过冲电压造成的影响会很大。这时, 当输出功率较大时, 变 压器产生的过冲电压往往会超过V CC的最高允许值。
4 结 语
随着 3G 的发展和成熟, 使得各种多媒体增值服务更
加多样化成为可能, 克服了第一代和第二代服务内容单 一, 各种多媒体服务相关产业雨后春笋般的出现。在汽车 电子这样一个特殊应用领域, 基于 3G 的多媒体服务成为 一个亮点,M PEG4 具备低码率获得高质量, 强大的多媒体 支持和强大的抗错和纠错能力, 在汽车电子移动通信和多 媒体中应用, 使得车载移动通信和多媒体服务不再是可望 不可及。
M U Zhengp ing
(Shaanx i E lectron ic In stitu te of Sup ervision, X i′an, 710004, Ch ina)
A bs tra c t: T h is p ap er in troduces the ba sic ru le of the backw a rd converter, p resen ts the p rincip le, design m ethod and exp erim en ta2 tion resu lt of a new p a ttern sing le ch ip sw itch ing pow er supp ly by a system m ade of TDA 1683x, a series of electric cu rren t sing le ch ip sw itch ing pow er supp ly p roduced by S IEM EN S com p any1T he sw itch ing pow er supp ly ha s the virtue of sim p le p erip hera l and w ide range of tem p era tu re1T he exp erim en t resu lt ha s p roved its h igh reliab ility and qua lity, so it can be w idely u sed in pow er electron ics system 1
在采用不完全能量传递方式时, 由于出现直流分量, 需加气隙以便增加其动态范围, 增加其输出功率。同时在 设计时选小的 ∃B , 从而可以降低损耗, 提高电源的稳定 性。 一般设变压器传递功率可用下式表示:
∫ P = f
Bw
V e H dB = Br
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L
P
(I2 P2
-
) I 2 P1
其中:
V
e
表示磁体体积; L
始, pwm IN 信号超过最低门限, pwm IN 信号 高于 pwm rm p , 过电流关闭无效, 过热关闭无 效, 以及 tf f 电路输出启动脉冲。使M O S 管关 断 的 条 件 是 使 下 面 任 一 条 件 成 立: 超 过 pwm IN , 或者占空比超过 015, 或者 pwm cs 超 过 Imax, 或者硅片的温度超过 T , max 或者U VLO 低于最低门限。R S 触发器的作用是确保在每 一个周期内只进行一次开通操作。
(下转第 110 页)
汽车电子
潘秋菱等: M PEG4 及其基于 3G 的汽车电子应用
以接受的错误隐藏结果。对于 I VO P, V P 内所有的M B 的 直流系数可以集中在一起用直流标志(DC M A R KER ) 与交 流系数分开传送。如果交流系数出现错误 , 可用DC 覆盖整 个M B。 对于 P VO P, V P 内所有的 M B 的运动矢量 (M V ) 可以集中在一起用运动矢量标志 (M V M A R KER ) 残差图像的DCT 系数分开传送。如果DCT 系数出错, 整个 M B 丢弃这些系数而用M V 所指的参考图像代替。
在将来 3G 网络中, 开展移动通信和多媒体下载业务, 特别是汽车电子这样的一个集群移动通信和多媒体环境, 可用的实际带宽和传输多媒体数据的稳定性和可靠性 (容 错和纠错性) 是关键, 综合M PEG4 的特点, 高压缩率, 但 是保有极佳的音质和画质; 存取灵活多样性, 可以采用各 种存储媒体, 提高抗错误能力, 空域和时域的可扩展性以 及强健的纠错能力和容错能力; 强大的多媒体功能。这些 特点正好迎合汽车电子的移动通信系统和多媒体业务要 求, M PEG4 的低码率高压缩性使得可以适应车载移动通 信系统在车快速移动时带宽变窄, 容错和纠错性保障了传 输的质量有稳定性和可靠性。强大的多媒体功能满足汽车 电子多媒体业务的需求, 比如通过多媒体无线接入, 可以 浏览网页、 看新闻、 阅读邮件、 在线游戏等。
J TC1 SC 29 W G11 N 3312M a rch 20001 [4 ] H 1264 and M PEG4 V ideo Com p ression V ideo Code fo r
关键词: 反激式变换器; 单片开关电源; TDA 1683x; 外围电路 中图分类号: T P 303+ 13 文献标识码: B 文章编号: 1004 373X (2005) 13 105 02
D es ign of New Type S ingle Ch ip Sw itch ing Power Supply
Ke yw o rds: backw a rd converter; sing le ch ip sw itch ing pow er supp ly; TDA 1683x; p erip hera l circu it
1 概 述 反激式变换器原理如图 1 所示, 由于电路简单, 且能
高效提供直流输出, 对多组输出特别有效, 因此广泛用于 电力电子的内部电源。
2 工作原理 S IEM EN S 公司最新推出的 TDA 1683x 系列电流型
单片开关电源, 具有体积小、外围电路简单、温度范围宽 的特点, 很适用于逆变电源、变频器等电力电子设备的工 作电源。这种电流型控制器件工作原理如图 3 所示。流经 M O S 管电流的大小和一个给定电压值进行比较, 其输出 确定了M O S 管的导通时间, 其中输出电压和给定电压相 关。为了简化外部电路, M O S 管的电流检测电阻直接集成 在 IC 内部。同时, 确定单片电源频率的振荡电阻和电容, 也集成于 IC 内。为了尽量降低温度对芯片工作的影响, 采 取了专门的温度补偿措施, 并尽量降低电阻的误差。
《现代电子技术》2005 年第 13 期总第 204 期
电子技术应用
新型单片开关电源的设计
慕政平
(陕西省电子产品监督检验所 陕西 西安 710004)
摘 要: 介绍了反激式变换器的基本设计规则, 同时以西门子 TDA 1683x 系列电流型单片开关电源为例, 介绍一种新 型单片开关电源的原理和设计, 该电源具有外围电路简单、温度范围宽的特点。实验结果表明该电源工作可靠、性能优良、 可广泛应用于可靠性要求较高的电力电子系统中。