采用StackFET.的高壓輸入開關電源

使用三相交流電進行工作的工業(yè)設備常常需要一個可以為模擬和數(shù)字電路提供穩(wěn)定低壓直流電的輔助電源級。此類應用的范例包括工業(yè)傳動器、UPS系統(tǒng)和能量計。

此類電源的規(guī)格比現(xiàn)成的標準開關所需的規(guī)格要嚴格得多。不僅這些應用中的輸入電壓更高，而且為工業(yè)環(huán)境中的三相應用所設計的設備還必須容許非常寬的波動—包括跌落時間延長、電涌以及一個或多個相的偶然丟失。而且，此類輔助電源的指定輸入電壓范圍可以達到57 VAC至580 VAC之寬。

設計如此寬范圍的開關電源可以說是一大挑戰(zhàn)，主要在于高壓MOSFET的成本較高以及傳統(tǒng)的PWM控制環(huán)路的動態(tài)范圍的限制。StackFET???術允許組合使用不太昂貴的、額定電壓為600V的低壓MOSFET和Power Integrations提供的集成電源控制器，這樣便可設計出簡單便宜并能夠在寬輸入電壓范圍內(nèi)工作的開關電源。

圖4：采用StackFET???術的三相輸入3W開關電源

該電路的工作方式如下：電路的輸入端電流可以來自三相三線或四線系統(tǒng)，甚至來自單相系統(tǒng)。三相整流器由二極管D1-D8構成。電阻R1-R4可以提供浪涌電流限制。如果使用可熔電阻，這些電阻便可在故障期間安全斷開，無需單獨配備保險絲。pi濾波器由C5、C6、C7、C8和L1構成，可以過濾整流直流電壓。

電阻R13和R15用于平衡輸入濾波電容之間的電壓。

當集成開關(U1)內(nèi)的MOSFET導通時，Q1的源端將被拉低，R6、R7和R8將提供柵極電流，并且VR1到VR3的結電容將導通Q1。齊納二極管VR4用于限制施加給Q1的柵極源電壓。當U1內(nèi)的MOSFET關斷時，U1的最大化漏極電壓將被一個由VR1、VR2和VR3構成的450 V箝位網(wǎng)絡箝位。這會將U1的漏極電壓限制到接近450 V。

與Q1相連的繞組結束時的任何額外電壓都會被施加給Q1。這種設計可以有效地分配Q1和U1之間的整流輸入直流電壓和反激式電壓總量。電阻R9用于限制開關切換期間的高頻振蕩，由于反激間隔期間存在漏感，箝位網(wǎng)絡VR5、D9和R10則用于限制初級上的峰值電壓。

輸出整流由D1提供。C2為輸出濾波器。L2和C3構成次級濾波器，以減小輸出端的開關紋波。

當輸出電壓超過光耦二極管和VR6的總壓降時，VR6將導通。輸出電壓的變化會導致流經(jīng)U2內(nèi)的光耦二極管的電流發(fā)生變化，進而改變流經(jīng)U2B內(nèi)的晶體管的電流。當此電流超出U1的FB引腳閾值電流時，將抑制下一個周期。輸出穩(wěn)壓可以通過控制使能及抑制周期的數(shù)量來實現(xiàn)。一旦開關周期被開啟，該周期便會在電流上升到U1的內(nèi)部電流限制時結束。R11用于限制瞬態(tài)負載時流經(jīng)光耦器的電流，以及調(diào)整反饋環(huán)路的增益。電阻R12用于偏置齊納二極管VR6。

IC U1 (LNK 304)具有內(nèi)置功能，因此可根據(jù)反饋信號消失、輸出端短路以及過載對該電路提供保護。由于U1直接由其漏極引腳供電，因此不需要在變壓器上添加額外的偏置繞組。C4用于提供內(nèi)部電源去耦。