1.6 恒功率電路的設計

恒功率電源由兩個控制電路構成：一個是電流控制電路；另一個是電壓控制電路。要求兩個控制電路具有相同的穩定性，當某一個電路輸出電壓（電流）較小時，另一個電路應具有恒流（或恒壓）的作用，達到輸出電壓或輸出電流都具有恒壓或恒流的目的，不能因為輸入電壓或輸出電流和外界因溫度、濕度、線路負載的影響使輸出功率不穩定。

1.6.1 恒流、恒壓的工作原理

圖1-57所示為配上PC817A光耦合器，外加兩只晶體管組成恒功率電路。一次繞組與IC1的D腳變換輸出。電路中的VS1、VD5是變壓器一次繞組NP的鉗位保護電路，它將變壓器一次繞組的漏感所形成的尖峰電壓反饋、吸收，使IC1電路在安全范圍內運行。VS1、VD5為網絡緩沖吸收電路。反饋繞組NF的輸出電壓經VD6、C3整流濾波得到反饋電壓VFB、與光敏晶體管提供控制偏壓。二次電壓經VD7、C5、L2整流濾波后，輸出7.5V的直流電壓。C4是旁路電容，與R8一同起頻率補償、自動啟動、濾除尖峰電壓三大作用。R1是電源的假負載，空載的情況下，因反饋電壓升高而出現“超越”控制，起到穩定作用。

電路的兩個控制電路，第一個是電流控制電路。當輸出電流發生異常時，電阻R6對輸出電流進行檢測。VT1、VT2由兩只不同型號的晶體管進行恒流控制。R4、R2是VT1、VT2集電極偏置電阻，R1還起著控制電流增益的作用，R5對VT1的發射極電流進行限制，不使VT1過早導通。R3限制VT2的基極電流，使它只能工作在放大區。電路是怎樣進行恒流控制呢？當輸出電流Io增大時，電流在R6上的壓降上升，VT1導通，接著VT2導通，發射極電流Ie2上升，光耦合器中的發光二極管電流增大，致使控制脈沖占空比D變小，迫使輸出電流Io下降，控制電路電流呈現開路態勢，VS2在此期間無電流，電路自動轉入恒流工作模式。

第二個是電壓控制電路。VS的穩定電壓為6.2V，工作電流為10mA。輸出電流較低時，電路工作在恒壓模式。在恒壓模式時，VT1、VT2截止，電流工作電路因晶體管截止不起作用，這時VS2由輸出電壓經它有電流通過，而輸出電壓高低便由VS2的穩壓值和發光二極管的壓降決定。

IC1電子開關既可以工作在2.2A受控恒壓方式，也可工作在7.5V恒壓狀態下。這種狀態下電阻R6所產生的損耗為0.64W。為了減小損耗，只有減少輸出電流或R6的阻值，但是提高恒流的準確度比較困難。IC1是恒功率輸出的Io-Vo的特性曲線如圖1-58所示。由圖可知，當輸入電壓為85～265V時，特性曲線變化很小，受輸入電壓的影響很小；當輸出電流Io＜1.85A時，電路處于恒壓區；當輸出電流Io=1.90A±0.08A時，電路處于恒流區，區里的Vo隨著Io的微增而迅速降低。當Vo≤2V時，VT1、VT2無工作電流，此時電流控制電路不起作用，但一次電流受IC1的電流限制，電流在R4上的壓降VR4上升，VT2集電極電流下降，使光耦合器的工作電流迅速減小，迫使IC1進入重新啟動狀態。就是說，一旦電流控制電路失去控制，電路立即從恒流模式轉入恒壓狀態，將Io拉下來，對IC1起到保護作用。該電路是一種低成本LED驅動電源，可用于室內外照明、交通指示、道路照明等，也用于電池充電器和特種電動機驅動。

1.6.2 電流控制電路設計

電流控制電路由VT1、VT2、R7、R6、R3、R4、R5、C6和IC2等組成。下面計算輸出電流Io的期望值。因VT1的基極電流很小，而R6上的電流很大，所以VT1的VBE1壓降全部落在R6上。

設VBE1=0.7V，則，R6取0.33Ω標稱值。

恒流準確度r為

計算結果與設計指標相吻合，為設計正常，否則Io′的變量重新設定。

1.6.3 電壓控制電路設計

恒壓電路輸出電壓由下式計算：

Vo=VZ2+VF+VR7=VZ2+VF+IR7R7

式中，VZ2為穩壓值，VZ2=6.2V，VF=1.2V。IR7=IC2=IF這3個參量是隨著輸入電壓Vi，輸出電流Io以及光耦合器的電流傳輸比（CTR）的變化而變化。TOP202Y芯片的控制端電流Ic從2.5mA（對應最大占空比Dmax）到6.5mA（對應最小占空比Dmin），我們取Ic=4.5mA，則。

要求CTR為80%～160%，取120%，得。

令R7=3.75×10-3×39V=0.146V，所以

Vo=6.2V+1.2V+0.146V=7.546V≈7.5V

1.6.4 反饋電壓的計算

反饋電壓設計包括兩項內容：首先計算在恒流模式下變壓器反饋繞組的匝數NF，這是因為在恒流區輸出電壓和反饋電壓都在迅速降低，只有在VFB足夠高時，電能才能進入恒流區工作。其次在恒壓模式下計算出反饋電壓VFB：

式中，VF6、VF7分別為VD6、VD7的正向導通壓降，由上式推導出：

在恒流的模式下，當負載加大（即將負載電阻減小）時，Vo和VFB會自動降低，以維持恒流輸出。為使電源從恒流模式轉換到重新啟動狀態，要求VFB至少比在恒流模式下控制電壓高出3V。

設VFB=9V，Vo=Vomin=4V，VF6=0.6V，VF7=1V，R6=0.33Ω

NS=12匝（NS為二次繞組匝數），代入上式：

在恒壓模式下Vo=7.5V，最大輸出電流Iomax=2.05A

則

這就是反饋電壓額定值，選用光耦合器時，它的反向擊穿電壓必須大于2倍的VFB。圖1-57中所用的PC817A的反向擊穿電壓為35V，是安全的，完全滿足要求。