开关电源中常见变换器主电路拓扑

开关电源中常见变换器主电路拓扑
1.1 Buck变换器
Buck变换器又称降压变换器，Buck型电路拓扑由有源开关(功率MOSFET)、续流二极管D(或由同步整流开关代替)、储能电感L、滤波电容C组成。

其电路如图1-1所示。

电感和输出电容组成一个低通滤波器，滤波后电压以很小的纹波呈现在输出端。

图1-1 Buck变换器拓扑结构
1.2 Boost变换器
Boost变器又称升压变换器，其电路如图1-2所示。

改变降压变换器中元件的位置就可把它变成升压变换器。

在升压变换器中，开关管导通时在电感中有斜波电流流过。

当开关管断开时，电感中的电流必须保持流动，电感上的电压改变极性，使二极管正向偏置，并释放能量到输出端和输出电容器。

图1-2 Boost变换器拓扑结构
1.3 反激变换器
反激变换器又称Flyback式变换器，其电路如图1-3所示。

由于反激变换器的电路拓扑结构简单，能提供多组直流输出和升降范围宽，因此广泛应用于中小功率变换场合。

其结构相当于在Boost变换器中，用一个变压器代替升压电感，即构成了反激式变换器。

图1-3 反激电路原理图
V12
1
3
T1
11423131211109
867451516R12
C1
R14
VZ11
2
R11
C5
C6
VZ2
1
2
R9R1C10
R18R13
C8
VD31
2R15
VD112R7C3
N1MC33262
VFB
1
Comp
2
Multi
3
CS 4
Z c d
5G N D
6
Dri 7
Vcc 8R10
R19
VD2
12
C7
R6VCC Vpfc,in
Vpfc,out 当开关晶体管VS 被驱动脉冲激励而导通时，Vin 加在开关变压器T 的初级绕组L1上，此时次级绕组L2的极性使VD 处于反偏而截止，因此L2上没有电流流过，此时电感能量储存在L1中，当VS 截止时，L2上电压极性颠倒使VD 处于正偏，L2上有电流流过，在VS 导通期间储存在L1中的能量此时通过VD 向负载释放。

反激式变换器工作波形见图 1-4。

图1-4 反激式变换器工作波形
2.PFC 电路
PFC 的英文全称为Power Factor Correction ，意思是功率因数校正。

功率因数指的是有功功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。

功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越大，代表其电力利用率越高。

PFC 电路分有源（主动式）PFC 和无源（被动式）PFC 两种。

应用芯片MC33262设计的有源PFC 电路原理图如图5-1所示。

图5-1 MC33262实现的有源PFC 电路图
图5-1中，Vpfc,in 为PFC 电路的输入电压，接整流滤波电路的输出电压；Vpfc,out 为PFC 电路的输出电压；Vcc 为芯片的供电电压。

功率因数校正的具体实现为：首先，当芯片MC33262的Vcc 脚上电后，通过R19和R12组成的分压网络检测输出电压在其FB 脚上的电压VFB ，VFB 的计算公式如5-2所示。

将VFB 与其内部误差放大器的基准电压Vr （Vr=2.5V ）进行比较产生一误差信号，并将其送入到内部的乘法器的一个输入端；整流输出电压Vpfc,in 经分压网络R1和R15 分压后输入到乘法器另一端，通过内部带宽控制，乘法器的输出作为基准电压与电流检测电阻R18上检测的电压进行比较后经过内部控制电路形成驱动功率MOS V1的驱动脉冲，从而实现功率因数校正。

驱动脉冲频率的控制实现：驱动功率MOS V1的驱动脉冲的频率是一直变化的，而在一个开关周期内驱动脉冲的导通时间却是恒定的。

其频率的变换是通过辅助绕组L1和MC33262的Zcd 脚实现的。

Zcd 脚通过R7检测L1上的电压，当L1上的电压为零时说明主电感L 上的磁通已降到零，此时通过内部控制电路使开关管导通，从而实现驱动脉冲频率的控制。

由式5-4得输出电压
其中VFB 与其内部基准电压Vr 基本相同，故通过合理的选择R19和R12的值就可以获得适合的Vpfc,out 。

在芯片启动瞬间，整流输入电压通过二极管VD1在输出电容上形成电压，检测网络检测输出电压并在其软起脚和补偿脚Comp 的控制下通过限制占空比并使其正常工作。

❖ PFC 电路功能实现及测试
按原理图5-1设计的PFC 电路硬件实现后正常工作时电感电流和驱动脉冲的波形如图5-5所示。

图5-5 PFC 电路正常工作时的波形
上图中，上部曲线为流过PFC 电感的电流波形，下部曲线为驱动脉冲信号波形。

顶部为时间轴放大2000倍的波形，可以看出流过电感的电流具有正弦包络，实现了PFC 校正；
()1219/19,R R R V V out Pfc FB +*=()19
/1219,R R R V V FB out Pfc +*=
由下部的驱动脉冲可以看出为其导通时间恒定的工作模式。

3. LED驱动恒流控制实现方法
现有LED驱动恒流控制常见的方式是利用升压式DC/DC转换器来实现LED的恒流驱动，其电路如图4-1所示。

整个驱动电路相当于恒流源，可消除因温度和工艺引起的正向电压变化所导致的电流变化。

电源参考电压VR和电流检测电阻器的值决定了LED电流。

在驱动多个LED时，只需把它们串联就可以在每个LED中实现恒定电流，且单串电流精确可调。

图4-1 驱动LED的恒流电源
❖该方法有以下优点：
❖ 3.1高精度恒流：
整个驱动电路相当于恒流源，可消除因温度和工艺引起的正向电压变化所导致的电流变化。

LED电流的精度，基本上取决于转换器的反馈阈值电压的精度和控制环的环路增益，因此不会受到LED正向电压的影响；
❖ 3.2高效率：
使用低的反馈阈值电压，可以降低电流检测电阻的功率损失，驱动电路效率可以达到80％以上；
❖ 3.3高匹配度：
白光LED采用串联方式连接，所以流过它们的电流完全匹配；
❖ 3.4体积小：
转换芯片及其外围器件可以采用小体积的表贴式封装。

电源板常用芯片资料介绍
1.NCP1271芯片
1.1 NCP1271芯片简介
NCP1271芯片是一个AC-DC电源管理芯片，主要应用在
LED背光源电视的电源板电源供电电路和待机控制电路中。

因其引脚少（只有8个引脚，如图1）、体积小、待机功耗小、
可靠性较高，故在我们的26寸和32寸LED电视的电源板中
有较多的应用。

图6-1：NCP1271引脚示意图
电源板通电后，芯片第8脚HV先上电，通过内部电路给第6脚Vcc的外部电容充电，当充电量达到12.6V以后，芯片内部电路开始工作，第5脚开始输出驱动脉冲，控制外部开关变压器给Vcc提供正常工作的电压，从此，芯片进入正常工作状态。

第1脚Skip/latch接电阻用来设置跳跃频率；第2脚FB连接光耦，接收输出回路的反馈；第3脚CS检测流经MOS管的电流；第4脚GND芯片接地；第5脚Drv驱动开关电源的MOS管；第6脚Vcc是芯片的供电脚；第8脚HV给Vcc脚充电，提供芯片预启动的电压。

引脚引脚名称正常工作参考电平待机工作参考电平
1 Skip/latch 0.459V左右0.459V左右
2 FB 1.1V-1.6V 0.4V左右
3 CS 0.048V左右0.002V左右
4 GND 0V
5 Drv 1.789V左右0.051V左右
6 Vcc 15.5V-16.5V 15.5V-16.5V
7 NC 无无
8 HV 160V-190V 160V-190V
注：各参考电平皆是万用表测量结果
1.4 NCP1271芯片及外围电路常见故障
a.第5脚Drv脚对地短路，导致芯片不能启动工作，整个电源板不能工作。

可用万用表测得。

需要更换此芯片以恢复电源板正常工作。

b.第8脚HV脚高压打坏，会看到与此引脚相连的电阻
都有烧坏的迹象。

排除产生高压的原因，更换此芯片以恢复
电源板正常工作。

c.芯片第5脚所驱动的MOS管被击穿，导致整个电源
板不能正常工作。

可发现MOS有关的一些电阻烧坏，并可
用万用表测得MOS管短路。

2.OZ9902芯片
2.1 OZ9902芯片简介
OZ9902芯片是一款大功率双通道LED驱动芯片。

每一
个通道都可以独立控制，保护功能齐全，在目前多款LED
液晶电视中都有应用。

芯片引脚有24个，示意图如图2。

图6-2 OZ9902芯片引脚示意图
OZ9902芯片是一款大功率双通道LED驱动芯片。

每一个通道都可以独立控制，保护功能齐全，在目前多款LED液晶电视中都有应用。

芯片引脚有24个，示意图如图2。

OZ9902芯片通过控制外置MOS管的导通与关断来实现LED灯条的驱动，通过检测外置MOS电路上的电流和电压来实现各种保护功能。

当第2脚Vcc脚获得工作电压，第3脚ENA脚获得高电平，第1脚UVLS脚获得高于3V的电压后，芯片启动，开始工作。

DRV1/2脚输出驱动脉冲驱动外部的升压MOS管，ISW 1/2脚检测相应升压MOS管S端的电压是否正常，OVP1/2脚检测控制升压电路的输出电压在所需的电压范围之内。

PROT1/2脚输出驱动脉冲驱动灯条下端的MOS管，ISEN1/2脚检测控制相应的MOS管的S端电流，从而控制流经整个灯条串的电流大小。

SSTCMP1/2脚设置芯片的缓启动，避免芯片对保护功能的误判断。

TIMER脚主要进行保护功能的判定，在达到保护条件后实现关闭输出驱动脉冲，进而达到保护的目的。

ADIM脚设置控制流经灯条电流的工作方式。

PWM1/2脚接收主板发来的PWM信号实现PWM方式的调光。

SYNC脚用来设置多个芯片级联时的工作方式。

RT脚设置芯片的工作频率。

2.3 OZ9902芯片及外围电路常见故障
a. 灯条高压端对背板等类似的地短路，导致灯条不亮。

此时测OVP脚电平低于0.2V。

另外用万用表测灯条高压端和背板之间是导通状态。

b. 灯条低压端对背板等类似的地短路，导致灯条一闪即灭。

此时测第10脚TIMER脚电平大于等于3.0V。

另外用万用表测灯条低压端和背板之间是导通状态。

c. DRV1/2脚所驱动的升压MOS被击穿，导致灯条不亮。

此时可测得升压MOS的GS或者DS出于导通状态，甚至可看到升压MOS周围的一些贴片电阻器件有烧坏的迹象。

3.OZ9902B芯片
3.1 OZ9902B芯片简介
OZ9902B芯片是一款大功率单通道LED驱动芯片。

不
同与OZ9902芯片的双通道，OZ9902B是单通道的驱动芯
片。

但是其保护功能齐全，是和OZ9902相同的。

目前主要
应用在26寸单灯条的LED液晶电视中。

芯片引脚有16个，
示意图如图2。

3.2 OZ9902芯片工作原理
与OZ9902芯片相同，OZ9902B芯片通过控制外置MOS
管的导通与关断来实现LED灯条的驱动，通过检测外置
MOS电路上的电流和电压来实现各种保护功能。

与OZ9902芯片工作方式相同，OZ9902B芯片的第2脚Vcc脚获得工作电压，第3脚ENA脚获得高电平，第1脚UVLS脚获得高于3V的电压后，芯片启动，开始工作。

DRV 脚输出驱动脉冲驱动外部的升压MOS管，ISW 脚检测相应升压MOS管S端的电压是否正常，OVP脚检测控制升压电路的输出电压在所需的电压范围之内。

PROT脚输出驱动脉冲驱动灯条下端的MOS管，ISEN脚检测控制相应的MOS管的S端电流，从而控制流经整个灯条串的电流大小。

SSTCMP脚设置芯片的缓启动，避免芯片对保护功能的误判断。

TIMER 脚主要进行保护功能的判定，在达到保护条件后实现关闭输出驱动脉冲，进而达到保护的目的。

ADIM脚设置控制流经灯条电流的工作方式。

PWM脚接收主板发来的PWM信号实现PWM方式的调光。

RT脚设置芯片的工作频率。

3.3 OZ9902B芯片及外围电路常见故障
a. 灯条高压端对背板等类似的地短路，导致灯条不亮。

此时测OVP脚电平低于0.2V。

另外用万用表测灯条高压端和背板之间是导通状态。

b. 灯条低压端对背板等类似的地短路，导致灯条一闪即灭。

此时测第8脚TIMER脚电平大于等于3.0V。

另外用万用表测灯条低压端和背板之间是导通状态。

c. DRV1/2脚所驱动的升压MOS被击穿，导致灯条不亮。

此时可测得升压MOS的GS或者DS出于导通状态，甚至可看到升压MOS周围的一些贴片电阻器件有烧坏的迹象。