prólogo
Este documento es un informe de ejemplo de diseño que utiliza una fuente de alimentación delgada de 36,3 W. TOP267VG De la familia TOPSwitch™-JX IC. Este diseño está diseñado para aplicaciones de monitores LCD. Fuente de alimentación con salidas duales de 5 V, 1,5 A y 16 V, 1,8 A. Las características de la fuente de alimentación incluyen un voltaje de entrada que varía de 90 VCA a 264 VCA, perfil bajo, consumo en espera muy bajo y muy bajo. Potencia de entrada sin carga, alta eficiencia de carga completa, baja temperatura del dispositivo TOPSwitch-JX, protección de sobretensión de salida histerética, protección de cortocircuito de salida histerética, protección de sobrecarga térmica histerética, etc.
Descripción del circuito
La fuente de alimentación emplea un dispositivo TOPSwitch-JX TOP267VG (U1) que integra un MOSFET de alto voltaje y un controlador en una configuración flyback.
Filtrado y rectificación de EMI de entrada
Los condensadores C1, C2 y C3, junto con el estrangulador de modo común L1 y el estrangulador de modo diferencial L4, forman un filtro que atenúa la EMI conducida tanto en modo común como diferencial. El puente de diodos D10 rectifica la entrada AC y es filtrado por C4 y C20.
TOPSwitch-JX Primario
El dispositivo TOP267VG (U1) integra un oscilador, un controlador de conmutación, un circuito de protección y arranque y MOSFET de potencia, todo en un IC monolítico. Un lado del devanado primario del transformador de potencia (T1) está conectado al lado positivo del capacitor a granel C4 y el otro lado está conectado al pin DRENAJE de U1. La corriente aumenta en el devanado primario durante el tiempo de encendido del MOSFET interno. Cuando el MOSFET se apaga, la inductancia de fuga del transformador induce un pico de voltaje en el nodo de drenaje. La amplitud de ese pico está limitada por dos redes de sujeción que consisten en D5, R4, VR1, R3 y C5. La mayor parte de la disipación ocurre en la primera red de VR1 y R4. Una segunda red consta de R3 y C5 en serie (en paralelo con R4 y VR1) para reducir el timbre de alta frecuencia. La resistencia R4 determina la relación de pérdida de potencia entre las dos redes. Esta disposición se eligió para reducir las pérdidas de sujeción en condiciones ligeras y sin carga.
El umbral de subvoltaje de entrada de 95 V CC está determinado por la corriente suministrada a través de las resistencias R5, R22 y R20 y el umbral de corriente del pin de 25 µA V. Agregar R20 reduce las pérdidas en R5 y R22 y mejora la potencia de entrada sin carga. Esto también inhabilitó efectivamente el apagado de OV de la línea (umbral >800 VCC), pero el diseño superó fácilmente los niveles de sobretensión diferencial superiores a 1 kV. El valor de R20 se eligió de tal manera que la corriente del pin V exceda el umbral UV cuando el pin CONTROL está a 4,8 V durante el reinicio automático. Esto asegura la sincronización correcta del reinicio automático. La resistencia R6 y el diodo Zener VR2 se utilizan para la protección contra sobretensiones de salida. Por ejemplo, se usa cuando ocurre una falla de bucle abierto que activa un apagado sin enclavamiento cuando la corriente del pin V supera los 112 µA.
Rectificación de salida
El diodo D8 rectifica la salida del devanado secundario de 5 V de T1. El voltaje de salida se filtra por C13, C23, L3 y C14. Las resistencias R12, R23 y el condensador C12 amortiguan los picos de voltaje causados por la rectificación D8. Los diodos D7 y D12 rectifican la salida del devanado secundario de 16 V de T1. El voltaje de salida es filtrado por C10, C21 y L2. Las resistencias R8, R25 y el condensador C9 absorben los picos causados por la conmutación de D7, D12. Se utilizan diodos axiales múltiples para D8, D7 y D12 para mantener una alta eficiencia y una baja temperatura sin disipar el calor y, al mismo tiempo, mantener un bajo costo en comparación con los diodos de alta corriente TO-220 individuales con disipador de calor externo. Los diodos axiales están ubicados en el mismo lugar y comparten la misma área de cobre en el lado del cátodo para garantizar el seguimiento térmico. La distribución de corriente resultante fue excelente, como se ve en las imágenes térmicas que muestran los diodos que funcionan a la misma temperatura y corrientes de diodo similares.
retroalimentación de salida
La regulación del voltaje de salida se establece mediante un divisor de voltaje formado por R15, R17 y R16 y el regulador de derivación U4. La resistencia R13 y el condensador C15 son los elementos de compensación alrededor del amplificador de error U4. Se eligió un optoacoplador de alto CTR para U2 para minimizar la corriente de retroalimentación secundaria (opcional) y reducir la potencia de entrada sin carga y en espera. Para reducir la pérdida de retroalimentación en el lado primario, se optimizó el número de vueltas del devanado de polarización del transformador y el valor de C7 para lograr un voltaje mínimo de aproximadamente 8 V en la línea de alto voltaje en condiciones de carga de reserva.
Se incluye una precarga activa (regulador de derivación) para evitar que la salida de 16 V sin carga aumente más allá de la especificación mientras se cargan los 5 V. Este circuito está formado por VR3, VR4, R10, R11, C11, Q1 y R9. Cuando la diferencia entre las salidas de 5 V y 16 V excede el voltaje definido por VR3, VR4 y el VBE de Q1, Q1 se polariza y la corriente fluye desde la salida de 16 V a la salida de 5 V a través de R19. Este circuito se puede omitir si la salida de 16 V es siempre la carga mínima.