详解恒压/恒流输出式单片开关电源的设计原理

恒压/恒流输出式单片开关电源可简称为恒压/恒流源。其特点是具有两个控制环路，一个是电压控制环，另一个为电流控制环。当输出电流较小时，电压控制环起用途，具有稳压特性，它相当于恒压源;当输出电流接近或达到额定值时，通过电流控制环使IO维持恒定，它又变成恒流源。这种电源特别适用于电池充电器和特种电机驱动器。下面解析一种低成本恒压/恒流输出式开关电源，其电流控制环是由晶体管构成的，电路简单，成本低，易于制作。

恒压/恒流输出式开关电源的工作原理

7.5V、1A恒压/恒流输出式开关电源的电路如图1所示。它采用一片TOp200Y型开关电源(IC1)，配pC817A型线性光耦合器(IC2)。85V～256V交流输入电压u经过EMI滤波器L2、C6)、整流桥(br)和输入滤波电容(C1)，得到约莫为82V～375V的直流高压UI，再通过初级绕组接TOp200Y的漏极。由VDZ1和VD1构成的漏极箝位保护电路，将高频变压器漏感形成的尖峰电压限定在安全范围之内。VDZ1采用BZY97C200型瞬态电压抑制器，其箝位电压UB=200V。VD1选用UF4005型超快恢复二极管。次级电压经过VD2、C2整流滤波后，再通过L1、C3滤波，获得+7.5V输出。VD2采用3A/70V的肖特基二极管。反馈绕组的输出电压经过VD3、C4整流滤波后，得到反馈电压UFB=26V，给光敏三极管供应偏压。C5为旁路电容，兼作频率补偿电容并决定自动重启频率。R2为反馈绕组的假负载，空载时能限制反馈电压UFB不致升高。

该电源有两个控制环路。电压控制环是由1N5234B型62V稳压管(VDZ2)和光耦合器pC817A(IC2)构成的。其用途是当输出电流较小时令开关电源工作在恒压输出模式，此时VDZ2上有电流通过，输出电压由VDZ2的稳压值(UZ2)和光耦中LED的正向压降(UF)所确定。电流控制环则由晶体管VT1和VT2、电流测试电阻R3、光耦IC2、电阻R4～R7、电容C8构成。其中，R3专用于测试输出电流值。VT1采用2N4401型NpN硅管，国产代用型号为3DK4C;VT2则选2N4403型pNp硅管，可用国产3DK9C代换。R6、R5分别用于设定VT1、VT2的集电极电流值IC1、IC2。R5还决定电流控制环的直流增益。C8为频率补偿电容，戒备环路出现自激振荡。在刚通电或自动重新启动时，瞬态峰值电压可使VT1导通，利用R7对其发射结电流进行限制;R4的用途是将VT1的导通电流经VT2旁路掉，使之不通过R1。电流控制环的启动过程如下：随着IO的增大，当IO接近于1A时，UR3↑→VT1导通→UR6↑→VT2导通，由VT2的集电极给光耦供应电流，迫使UO↓。由UO降低，VDZ2不能被反向击穿，其上也不再有电流通过，因此电压控制环开路，开关电源就自动转入恒流模式。C7为安全电容，能滤除由初、次级耦合电容出现的共模干扰。

该电源既可工作在7.5V稳压输出状态，又能在1A的受控电流下工作。当环境温度范围是0℃～50℃时，恒流输出的准确度约为±8%。

该电源的输出电压-输出电流(U0-I0)特性如图2所示。由图可见，它具有以下显著特点：

(1)当u=85VAC或265VAC时，特性曲线变化很小，这声明输出特性基本不受交流输入电压变化的影响;

(2)当IO26V。常用线性光耦的U(br)CEO=30V～90V。计算光敏三极管反向工作电压UIC2的公式为

UIC2=UFB-UCmin(8)

式中，UCmin为控制端电压的最小值(5.5V)。不难算出，UIC2=20.5V。这里采用pC817A型光耦合器，其U(br)CEO=35V>20.5V，完全能满足要求。但在设计高压电池充电器时，非得选择耐高压的光耦合器。

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