数码相机电源DC/DC逆变电路研究

摘　要:根据逆变系统的构成原理,设计出一种适合数码相机电源部分的DC/ DC 电路,并详细分析了所设计电路的工作原理和特性。

关键词: 逆变;脉冲宽度调制;直流变换;整流;滤波

　引　　言

数码相机等许多小型电器需要配备干电池,然而其内部的电路系统却要求多直流电平供电工作。很明显,小型电器不可能携带多路干电池系统。因为这样既不经济也不利于产品的小型化,因而逆变技术脱颖而出。应用逆变技术可以把某一直流电平转化多个不同值的直流电平,从而满足小型电器的供电要求。数码相机一般要有+ 5 V、+ 7. 5 V、+ 15 V、- 10V 4 路电源。

　逆变的概念和逆变系统的构成

逆变,它是对电能进行变换和控制的一种形式。通常,把交流电变成直流电的过程称为整流;完成整流功能的电路称为整流模块。与之相对应,把直流电变成交流电的过程称为逆变,完成逆变功能的电路则称为逆变模块,逆变模块的核心是逆变电路,它主要进行电力电子开关动作(关断与导通) 完成逆变的功能。而控制电力电子开关的通断,需要驱动脉冲,脉冲宽度也可以通过改变一个电压参考信号来调节,产生和调节脉冲的电路称为控制回路。在逆变模块中,除了逆变电路和控制回路之外,还要有输入电路、输出电路、保护电路、辅助电源,其结构如图1 。

输入电路的输入为直流电,可以是干电池或是蓄电池,如是电网整流下来的直流电,应有滤波电路和EMI 对策电路。逆变电路就是由逆变开关器件组成的动作电路。

输出电路一般包括EMI 对策电路。

控制回路的功能是按要求产生脉冲和调节脉冲宽度。

辅助电源的功能是将输入电压变换成适合控制回路工作的直流电压。

保护电路处理过压或者过流的意外电路事件。

直流电源变换(DC/ DC) 和直流电源变换电路

直流电源变换又称为直流2直流变换,简称DC/ DC。它的作用是将直流电压变换成另一些数值(或等级) 的直流电压。直流电源变换电路的主要部分是逆变模块,并在其基础上增加AC/ DC转换电路和辅助电路,如图2 。

输入直流电压经逆变模块变成脉冲形式的交流电,再经逆变变压器变成若干路脉冲幅值不同的交流电,最后由整流电路变成单相电压,滤波电路使其变成平滑的直流电压。输出反馈电路的反馈信号经调节且进入脉冲宽度调节电路,再进入逆变模块,在模块里完成与输入基准电平的差动放大。基于上述的电路构成, 逆变电路应用TL1451双脉冲宽度调制( PWM) 芯片。它内部集成两个脉冲宽度调制电路。它主要用在电源电路,TL1451 内部有1 个2. 5 V 的调控器、2 个差动放大器、1 个频率可调的振荡器(RT、CT 两引脚调控振荡器的振荡频率) 、2 个比较器、低压锁存电路和2 个共射极的三极管输出电路。这个开路的三极管为每个脉冲宽度调制电路提供带载能力。

芯片特征: (1) 很宽的芯片电源范围; (2) 内部短路保护; (3) 振荡器最大振荡频率: 500 kHz ;(4) PWM 能量的控制; (5) 低压锁存功能。TL1451 内部框图如图3 。

　　工作过程: IN + 、IN - 构成差动放大器的输入端,差动放大器的输出与振荡器的输入构成PWM 的主输入,差动放大器的输出高于振荡器电压时, PWM 输出为低电平, 反之为高电平。PWM 的输出经三极管倒相输出。差动放大器的输出还与一个短路保护电路相连,保护电路的另一个输入端固定接2. 5 V 的一半(1. 25 V) 。当供电芯片电源过低时,短路保护电路输出为低电平,经低压锁存电路锁存了PWM COMP 的输出,这使当芯片供电电压过低时,芯片仍有输出。

　电路原理框图

根据逆变原理和TL1451 的功能,我们给出电路的结构,见图4 。TL1451 的2 个输入: 基准电压、输出5 V 的反馈输入。通过TL1451 的逆变功能,把直流电压变成交流,交流变压器分成4路输出,经过整流、滤波,最终得到- 10 V、+ 15 V、+ 7. 5 V、+ 5 V 4 路电平。

　DC/ DC 电源变换电路及其原理

基于TL1451 的这些内部资源,辅加整流电路和滤波电路,反馈线路构成DC/ DC 电源变换电路。电路图如图5 。

(1) CT、RT 引脚分别接入电容和电阻,调节TL1451 内部振荡器的振荡频率。

(2) REF 引脚输出2. 5 V 电压,经R₁ 和R₂分压得到一基准压值送入IN - 脚, IN + 引入滤波电容上的电压,它是一个有一定起伏的直流电压,差动放大器对这两个电压进行差动放大。放大输出与振荡器的输出电压送入脉冲宽度调制器,PWM 的输出脉冲(交流电) 经过与门、共射极输出电路(参照TL1451 内部框图) 由引脚OU T1 放大输出一个不规则的脉冲波, 这个脉冲波通过PNP( T1) 和NPN ( T2) 组成的甲乙类功率放大器放大电流。R₆ 、R₇ 、R₈ 组成分压系统为甲乙类功率放大器提供直流偏置: V _CC经R₆ 分压为T1 的基极提供静态电压,经R₇ 分压为T2 的基极提供静态电压, R₉ 是T1 的发射极电阻。这个放大信号再去驱动一个开关管T3 ,产生脉冲波(交流电的一种形式) 进入变压器,变压器的输出端可以引出若干路抽头,各路输出抽头通过整流二极管(进行整流) 、滤波电容、滤波电感输出平滑的电压波形。

(3) FEB1 端通过电容C₂ 与IN - 相连。

此电路特点: (1) 变压器输出端可以设置同相端和异相端,得到正负直流电压。如图5 所示,R₁₂上为正电压, R₁₃下为负电压。(2) 通过调节滑动变阻器(VR1) ,可以改变PWM 的输出脉冲宽度,进而改变滤波电容上的起伏波形,达到不改变变压器的工作匝数也能控制输出电压的大小。(3) 电源占用体积很小,通过TL1451 和其他元件的组合,使电路体积很小。

小　　结

(1) 正是由于滤波电容上的起伏波电压———有时高于直流电平,有时低于直流电平,因而产生差动放大器的输出,从而保证了变压器源源不地输出,形成一个循环的过程。

(2) 由于此电路只用到一套脉冲宽度调制控制电路,故另一套的引脚在图上没有标明( IN2 + 、IN2 —、FEB2 、DTC2 、OU T2) ,如需要的话,电路接法同( IN1 + 、IN1 —、FEB1 、DTC1 、OU T1) 类似,也是把REF 上的电压通过电阻分压分别接入各引脚。

(3) 此电路可用在数码相机、数字摄像机等的电源部分。