??? 摘 要：提出了一種基于恒流" title="恒流">恒流驅動模式的能在10V～100V寬電壓" title="寬電壓">寬電壓范圍內工作的串聯型開關穩壓電源，這種開關電源" title="開關電源">開關電源采用MOSFET和特殊的恒流開關驅動方式，使開關管" title="開關管">開關管在寬電壓范圍內始終得到理想的驅動電壓，因此效率高、工作穩定、成本低。可應用在工業用各種報警器產品和爆閃式信號燈中。
??? 關鍵詞：寬電壓?恒流驅動?效率高?成本低

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??? 隨著電源市場的全球化，一些開關電源廠商各自采用正激^[1]、反激^[2]、交錯并聯控制^[3]等方式實現了90V～600V的交流電壓的寬電壓輸入，而各種工業用電子產品又要求具有直流電壓的寬電壓特性，一般為12V～30V,但近年來這個范圍已經顯得不夠寬，因此12V～48V的產品頻頻出現，例如：韓國的S80S-DC、S125S-DC爆閃式信號燈和SEWN50-DC警報器等，現在很多用戶開始提出10V～80V的寬電壓產品。因此，研究在10V～100V范圍內能夠穩定工作的開關電源勢在必行。
??? 高速大功率MOSFET生產技術正迅速發展，使得MOSFET的工作頻率越來越高，并且驅動方式穩定，價格越來越低廉，因此廣泛應用在各種開關電源中。串聯直流穩壓電源雖具有調壓范圍寬、穩定性好、控制線路簡單等特點，但其調整管的功耗大，耐壓不是很高^[4]。集成電路組成的串聯式開關電源具有效率高、體積小、使用方便等特點，如L4960、LM2576、K34063等，但最大輸入電壓" title="輸入電壓">輸入電壓一般在50V以下^[5-6]，且由于采用固定頻率的PWM方式，因此輸入電壓必須高于輸出電壓時才能穩定工作，在實際應用中受到了一定的限制。
??? 筆者提出的開關電源采用MOSFET和特殊的恒流開關驅動方式，使開關管在寬電壓范圍內始終得到理想的驅動電壓，因此效率高、工作穩定、成本低。可應用在工業用各種報警器產品和爆閃式信號燈中，以低成本實現寬電壓特性，可提高產品的競爭力。
1 通用串聯型開關電源的工作原理及優缺點
?? 通用串聯型開關電源的框圖如圖1所示。輸出電壓取樣后經過誤差放大器放大后控制PWM發生器產生脈沖，脈沖經過限流電阻后驅動開關管工作。開關管導通時電感儲存能量的同時給濾波電容和負載同時供電，開關管斷開時電感上儲存的能量釋放使負載得到較穩定的連續電流，因此這種電源在小電感下可傳輸較大的功率，但由于其輸入電壓在寬范圍內變化，很難選擇合適的限流電阻。如果選擇小的限流電阻，低電壓下的驅動特性較好，但高電壓時由于電阻上的損耗過大、開關管過飽和使得開關特性變差；選擇大的限流電阻時，高電壓下驅動特性較好，但低電壓時由于開關管工作在線性區而導致其過熱。

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2 恒流驅動模式寬電壓輸入的串聯型開關電源
2.1電路的組成
??? 恒流驅動模式寬電壓輸入的串聯型開關電源的框圖如圖2所示。為了在驅動級上實現低損耗，必須控制驅動電流使開關管在小電流下獲得較理想的驅動波形。MOSFET是電壓控制器件，具有高輸入阻抗，且只需控制電壓，但具有較大的輸入電容，大約為500pF～1500pF, 因此采用恒流驅動方式控制MOSFET進行開關時，若不采取特殊措施，則控制脈沖邊沿特性變差，開關損耗大，會嚴重發熱。

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??? 圖3為實際電路圖。由Q4、Q3、R6組成施密特比較器，產生開關信號。由D5、D6、R3、R1、D1組成的電路使施密特比較器工作在恒流狀態下，C4加速電容使脈沖下降沿非常陡。由Q2、R2、D3組成驅動級保證MOSFET迅速開關，C3起軟驅動作用,上電時通過R1對C3充電，G點的電壓逐漸上升,Q3的輸出電流也逐漸增大。

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2.2 恒流驅動模式的工作原理
??? 通常組成施密特比較器的Q4、Q3都工作在開關方式，而圖3中Q4是按開關方式工作，Q3則工作在放大區和截止區。當Q4截止時，由于D5、D6的存在，使Q3進入恒流狀態，輸出電流由式(1)決定。為了得到較好的驅動波形，把本電路的恒流電流設定為10mA,則該電流在R2兩端產生的壓降就是場效應管的柵-源電壓VGS，設定為10V，使MOSFET飽和導通。
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??? 圖3中VF≈1V,施密特比較器的兩個比較點電壓分別為VH和VL，由式(2)和式(3)決定。
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??? 由于加速電容C4的作用,實際工作時，MOSFET的柵-源極輸入脈沖的下降沿非常陡，且又由于柵-源極輸入電容的作用，使VGS 波形具有一定的斜率，這有利于MOSFET的飽和導通。圖4為驅動波形。

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??? 圖5為當輸出電壓為10V、電流為2A時，在不同輸入電壓狀態下，圖3中A點和B點的實測波形。由圖5可知,當輸入電壓為13V時，MOSFET關斷時間很短，當輸入電壓為10V時,MOSFET則一直導通。

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2.3 MOSFET驅動級的工作原理
??? 由Q2、R2、D3組成驅動級，使MOSFET迅速關閉。Q3在恒流源狀態工作時由于C4的作用，下拉的驅動能力很強，下拉時D3導通使Q1迅速飽和。上拉能力取決于R2,如果不加Q2直接驅動Q1，則由于Q1的輸入電容，脈沖的上升沿較緩慢,Q1不能迅速截止，因此加Q2的作用是提高上拉能力，使Q1迅速截止。
2.4 恒流源的動態特性
??? 由圖5可以看出,恒流源在輸入不同電壓時，在R2兩端產生的電壓VGS應始終保持10V左右，以保證在寬電壓范圍內可靠工作。為了驗證快速動態跟蹤性能，在輸入端上加了50Hz、60V的交流電壓，圖6為當輸入電壓為交流時，圖3中A、B點及VG S的工作波形。從中可以看出，當輸入電壓在很大范圍內改變時，VG S 近似保持在10V左右，即圖中陰影帶部分。
??? 實驗結果表明,采用MOSFET和特殊的恒流開關驅動方式的開關電源，能夠使開關管在10V～100V寬電壓范圍內始終得到理想的驅動電壓，因此效率高、工作穩定、電路簡單。
參考文獻
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