＿１ 器件与电路 ６ ＠凹 文章编号：１００２—８６８４（２０１２）０９—００３４－０４ ＣＲ６８５３在反激式开关电源 ・技术应用・ 电路中的应用 杜芸强，马永良 （华南理工大学广州学院，广东 广州５１０８００） 【摘 要】结合蓄电池检测系统的课题，根据已设计出的ＡＣ—ＤＣ转换电源，研究ＣＲ６８５３在反激式开关电源中的应 用。介绍了ＣＲ６８５３的结构、功能和单端反激式开关电源的原理及ＤＣ—ＤＣ变换的主电路和控制电路及其功能的实 现。由调试和测试结果表明，基于ＣＲ６８５３的开关电源输出稳定可靠，输入电压的变化范围较广，响应速度较快，结 构简单，体积小，造价低廉，实用性强，可以给蓄电池检测系统提供稳定的直流电源。 【关键词】ＣＲ６８５３；反激；开关电源；ＰＷＭ 【中图分类号】ＴＮ８６ 【文献标识码】Ａ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＣＲ６８５３ ｉｎ ｔｈｅ Ｆｌｙｂａｃｋ Ｔｙｐｅ Ｓｗｉｔｃｈ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｉｒｃｕｉｔ ＤＵ Ｙｕｎｑｉａｎｇ，ＭＡ Ｙｏｎｇｌｉａｎｇ （Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０８００，Ｃｈｉｎａ） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｕｂｊｅｃｔ ｏｆ ｂａｔｔｅｒｙ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ＡＣ—ＤＣ ｓｗｉｔｃ— ｈｉｎｇ ｐｏｗｅｒ，ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＲ６８５３ ｆｌｙｂａｃｋ ｔｙｐｅ ｓｗｉｔｃｈ ｐｏｗｅｒ ｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＣＲ６８５３ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｐｐｌｉｅｄ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｅｎｄｅｄ ｆｌｙｂａｃｋ ｔｙｐｅ ｓｗｉｔｃｈ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｉｔｓ ｆｕｎｃ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＤＣ—ＤＣ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｂｙ ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎｉｎｇ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＲ６８５３ ｓｗｉｔｃｈ ｐｏｗｅｒ，ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｉｓ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｗｉｔｈ ｗｉｄｅｒ ｒａｎｇｅ，ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｅｄ ｑｕｉｃｋ， ｓｉｍｐｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｍａｌｌ ｖｏｌｕｍｅ，ｌｏｗ ｃｏｓｔ，ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｔｒｏｎｇ，ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ＤＣ ｐｏｗｅｒ・ 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】ＣＲ６８５３；ｆｌｙｂａｃｋ；ｓｗｉｔｃｈ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ；ＰＷＭ １ 引言 脉冲宽度调制芯片ＣＲ６８５３在反激式开关电源中的 应用。 高频开关直流稳压电源由于具有效率高、体积 小和重量轻等突出优点，获得了广泛的应用 Ｉ２ Ｊ。开 ２ ＣＲ６８５３的功能和结构 关电源的控制电路包括电压控制型和电流控制型两 ＣＲ６８５３是一款高集成度、低功耗的电流模式 种，其中电压控制型系统响应速度较慢，很难达到较 ＰＷＭ控制芯片，芯片工作频率可调，可根据不同负载 高的线性调整率精度；相比而言，电流控制型具有不 改变工作模式，从而减小电源模块的待机功耗，达到 可比拟的优点 。 绿色节能的目的。 ＣＲ６８５３是一款典型的ＰＷＭ控制器集成电路， ＣＲ６８５３内置有同步斜坡补偿电路、动态峰值 可非常方便地应用于各种小功率电源适配器中，其外 限制电路，用于提高系统的稳定性。同样，ＣＲ６８５３ 围器件较少，电路简单。相比其他ＰＷＭ控制器而 也内置了多种保护功能：过压保护、逐周期峰值电 言，开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应 流限制、欠压锁定（可以用它实现短路和过流保护） 特性都有所改善，是国内一款性价比较高的电流控制 以及输出驱动的高电平箝位保护等。因此，该芯片 型脉冲宽度调制器 。 广泛应用于离线式ＡＣ—ＤＣ反激式小功率电源的 为了提高输出电压的稳定性，适应输入电压的 控制电路中。ＣＲ６８５３的内部结构图 如图１ 宽范围，笔者结合蓄电池检测系统课题设计出的一 所示。 种基于ＣＲ６８５３的ＡＣ—ＤＣ变换电源，研究电流型 ＣＲ６８５３芯片各管脚功能 如下： １３４１ ２０１２年第３６卷第０９期 一声投一投稿网址：ｈｔｔｐ：／／ＡｕｄｉｏＥ．ａｎ （１）ＧＡＴＥ：ＣＲ６８５３采用图腾柱和软驱动输出， 可有效降低开关噪声。 （２）ＶＤ。：当开关电源上电时， 。端口电压达到 芯片的启动电压 ㈣ 时芯片才被激活并驱动整个 电源系统正常工作。如果发生保护，输出关断，此时 辅助绕组掉电， 。端电压下降，当 。端电压低于芯 片的关闭电压 。。即时，控制电路关断，芯片消耗电 流变小，进入再次启动。 （３）ＳＥＮＳＥ：初级电流检测脚，初级峰值电流 通过电流检测电阻转化为电压反馈到ＳＥＮＳＥ 端，通过检测ＳＥＮＳＥ电阻上的电压来检测流过功 率管的电流大小，从而实现最大输出功率限制和 调节。 （４）ＲＩ：ＣＲ６８５３允许设计者根据系统的使用需 要自行调整系统的工作频率，通过改变接人ＲＩ和 ＧＮＤ间的阻值而改变系统的工作频率。其ＰＷＭ频 率调整范围为５０～１００ ｋＨｚ。 （５）ＦＢ：输出电压反馈输人脚，该引脚的输出电 流可以控制ＰＷＭ的工作周期、短路保护和过载保 护。芯片工作在不同的工作模式下，ＦＢ端具有不同 的端电压。 ３ 反激式开关电源 单端反激式开关电源电路结构如图２所示。 图中，ＶＤ 为整流二极管，Ｃ为滤波电容。开关 管导通时，反激变压器初级线圈储能；开关管截止时， 初级线圈通过磁耦合将存储能量通过次级回路释放 给负载。用ＰＷＭ方式控制功率开关管，就可以改变 次级绕组输出的电压和电流；同时，使用闭环反馈可 一声援一投稿网址：ｈｔｔｐ：／／ＡｕｄｉｏＥ舢 雳 固 岛圈器件与电路。响 ⑥６ ＠凹６ Ｕ 以稳定电压、电流或限制功率。单端反激式开关电源 工作原理 如下： （１）Ｖ导通时，电流流经初级绕组Ｌ ，电流逐渐 增加，由电磁感应定理可知，Ｌ 中自感电动势上正下 负，在次级绕组Ｌ 产生感应电压为上负下正，ＶＤ 截 止Ｌ１储能。 （２）Ｖ截止时，Ｌ 中电流不能突变，产生自感电 动势下正上负，经电磁耦合，在Ｌ 中产生感应电压为 上正下负，此时ＶＤ 导通，Ｌ ，ＶＤ 和Ｒ 构成闭合回 路，Ｌ 储能得到释放。 开关管导通时间越长，储存能量越多，变压器次 级绕组输出电压越高、电流越大。 ’ ４ ＣＲ６８５３在反激式开关电源中的应用 本文研究的基于ＣＲ６８５３的反激式开关电源的 电路如图３所示。 ４．１电源主电路 由图３可知，开关电源的主电路由输入、输出级 和开关管组成。 ９０～３１１ Ｖ直流电源经并联电容Ｃ，稳压滤波后， 一端接变压器的原边绕组的一端，另一端接地。变压 器原边绕组另一端接开关管ＭＯＳＦＥＴ Ｖ 的Ｄｒａｉｎ极。 变压器的次级输出经ＶＤ。整流，Ｃ ，Ｌ ，Ｃ 滤波 后得到稳定的１２ Ｖ输出电压。 为了将Ｖ 的Ｄｒａｉｎ极峰值电压限制在ＢＶｄｓｓ （ＭＯＳＦＥＴ Ｄｒｉａｎ—Ｓｏｕｒｃｅ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ Ｖｏｌｔａｇｅ）以下，在 初级侧采用由ＶＤ ，Ｒ３，Ｃ 组成的ＲＣＤ缓冲电路 ，关 断时将ＭＯＳＦＥＴ Ｄｒａｉｎ极的电压箝位在ＢＶｄｓｓ以下。 ４．２电源控制电路 由图３可知，开关电源工作时，以ＣＲ６８５３为核 心的控制电路的工作过程如下： 电源上电时，通过启动电阻Ｒ。，Ｒ 给电容ｃ，充 电，直到电容Ｃ 两端的电压达到芯片的启动电压 ＶＴＨｆｏＮ）（典型值１４ Ｖ）时芯片才能被激活并驱动整个 电源正常工作。 ２０１２年第３６卷第０９期Ｊ３５ｌ 器件与电路 ］ 而 ６ ＠ ６ 噻 瑟咖 图３ 开关电源电路图 为 Ｊ，实现芯片正常工作时低能耗，在芯片启动以 后由变压器的辅助绕组、ＶＤ：，Ｃ 构成的反激电路给 吝片供电。 为使开关电源输出电压的稳定性，离不开反馈 （２）过压保护（ＯＶＰ）。当 电压超过ＯＶＰ保 护点时，则说明输出负载上出现了过电压。 芷：片首先 关闭输出ＧＡＴＥ，同时开启内部泄流电路。该状态将 一直保持，除非 。端口电压降到 后进入再次 环路的控制，Ｕ ，Ｒ 。，Ｕ。构成一电压反馈环路。 Ｒ ，Ｒ ＲＰ。组成取样回路，用输出电压的分压值 控制Ｕ 。 启动。发生过压保护后，如果 端口电压高到超过 箝位电压阈值，则内部箝位电路将 电压箝位在电 压阈值，以保护ＣＲ６８５３不被损坏。 （３）过功率保护（ＯＬＰ）。芯片ＳＥＮＳＥ端通过检 Ｒ ｃ 组成一补偿网络，为ｕ 提供补偿。Ｕ 将 取样值与参考值比较的结果，通过ｕ 耦合到控制芯 片的反馈ＦＢ端。 ４．３ ＣＲ６８５３的保护功能 测反激变压器初级流经开关管的电流，判断其系统Ｔ 作于正常或过流或过功率状态。当系统输出出现过 功率现象时，此时ＳＥＮＳＥ端的电压 … 超过典型值 ０．７５ Ｖ，Ｇａｔｅ端输出脉宽将不会改变，系统恒功率输 出。在恒定功率输出状态下，当增加输出负载电流 为了防止过载或短路造成电路的损坏，ＣＲ６８５３ 芯片提供了一系列保护功能。由参考文献［８—９］可 知，其内部保护功能如下： 时，系统输出电压相应会下降，此时芯片将使系统进 （１）逐周期电流限制。由于峰值电流检测电压 由比较器的基准点的电压决定，且不超过峰值电流限 制电压，可保证在每个周期初级峰值电流不超过设定 入过功率保护（ＯＬＰ）状态，立即关闭Ｇａｔｅ输出。同 时，芯片 。上的端电压也随之被拉低进入到ＵＶＬＯ— ＯＮ，然后重新启动芯片。 电流值。当电流检测电压达到峰值电流限制电压时， 脉宽不会增加，输出功率不会增大，从而限制了最大 输出功率。 （４）欠压保护（ＵＶＬＯ）。ＣＲ６８５３内置有欠压保 护电路（ＵＶＬＯ），当 端电压小于ｌ０．５ Ｖ时，芯片就 会进入欠压保护状态，这时Ｇａｔｅ停止输出。当输出 电声拄蠢投稿网址：ｈｔｔｐ：／／ＡｕｄｉｏＥ．ｃｎ 园型堡蔓 鲞蔓 负载瞬间由满载转为空载时芯片的 。端电压受影 响而不会误触发ＵＶＬＯ。 ４．４开关电源的调试 （１）ＣＲ６８５３性能测试。为了测试ＣＲ６８５３芯片 性能的好坏，需要给芯片提供启动及正常工作的外置 电源和反馈电压，即在芯片管脚２、８（ＶＤＤ、ＧＮＤ）间 加１４ Ｖ的直流电压，管脚７（ＦＢ端）、８间接１．２ Ｖ的 反馈电压。 通过示波器观测芯片管脚１、５（ＧＡＴＥ、ＲＩ）信号 波形，判断其芯片是否正常工作。在测试过程中观测 到管脚１输出脉冲信号波，管脚５输出锯齿信号波 形，则说明芯片性能优良，能够正常工作。 （２）开关管性能测试。为了判断ＣＲ６８５３芯片的 驱动能力和开关管的好坏，需要观测开关管两端电压 波形。系统上电后开关管两端电压波形如图４所示。 图４中上方信号为漏源极两端电压波形，下方信 号为开关管电流信号波形，由观测的信号波形图可 知，开关管性能优良，能够正常工作。 （３）系统输出性能测试结果 ①空载测试，不同输入电压 与输出电压 之 间的关系如表１所示。 表１ 空载时，开关电源输入输出电压关系 ②在额定交流输入电压２２０ Ｖ时，不同负载条件 下，输出电流厶与输出电压 之间的关系如表２所示。 表２额定电压输入，不同负载输出电流、电压关系 ■■投蠢投稿网址：ｈｔｔｐ：／／ＡｕｄｉｏＥ．ｃｎ 璃 国ｏ， 器件与电路口囿∞ ⑥８ ＠凹６ 由以上测试结果表明，该开关电源可以实现宽范 围电压输入、输出电压稳定的设计要求，并具有较好 带负载的能力。 ５ 结论 笔者结合实际课题研究，介绍了ＣＲ６８５３在反激 式开关电源中的应用，对ＣＲ６８５３芯片结构、功能和 反激式开关电源的工作原理作了较详细的介绍，并对 该开关电源的主电路、控制电路和调试过程作了详细 的阐述。结合调试和测试结果，验证了基于ＣＲ６８５３ 的反激式开关电源性能的优越性。 本文介绍的基于ＣＲ６８５３的开关电源电路结构 简单，输入电压变化范围较广，输出性能稳定，且易 于实现。该开关电源电路，具有一定通用性和可扩 展性，便于实现多路直流电压输出。根据设计要 求，若要设计出不同输出电压等级和形式的开关电 源，在此基础上对参数做适当调整就能满足设计的 要求。 参考文献 ［１］普利斯曼，莫瑞．开关电源的设计［Ｍ］．王志强，译．北京： 电子工业出版社，２００５． Ｅ２］王兆安，黄俊．电力电子技术［Ｍ］．４版．北京：机械工业出 版社，２０００． ［３］ＢＲＯＷＮ Ｍ．开关电源设计指南［Ｍ］．徐德鸿，译．北京：机 械工业出版社，２００４． ［４］美思星科技有限公司．ＣＲ６８５３低功耗电流模块ＰＷＭ反 激控制芯片［ＥＢ／ＯＬ］．（２００６—０８—１５）［２０１２—０２—０５］． ＷＷＷ．ＳＺｍｓｘ．ｅｏｍ． ［５］张占松，蔡宣三．开关电源的原理与设计（修订版）［Ｍ］． 北京：电子工业出版社，２００４． ［６］夏泽中，王彬，李军．基于ＵＣ３８４２的单端反激式开关电源的 设计与分析［Ｊ］．电源技术及应用，２００８（６）：６—１０． ［７］杜芸强，毕淑娥．ＬＭ３８６在小功率主动声呐发射及接收电 路中的应用［Ｊ］．电声技术，２０１０，３４（７）：３７—４０． ［８］远创博特科技有限公司．ＣＲ６８５３应用指导书［ＥＢ／ＯＬ］． （２００６一ｏ２—２７）［２０１２—０２一Ｏ５］．ｈｔｔｐ：／／ｙｅｂｔ８３３． ｔｐｙ８８８．ｃａ，２００６． ［９］启达科技．ｃＲ６８５３／ｃＲ６８５３Ｂ应用指导书［ＥＢ／ＯＬ］． （２００６—０８—０３）［２０１２—０２—０５］．ＷＷＷ．ｃｈｉｐｒａｉｌ．ｃｏｍ． 作者简介 杜芸强，硕士，主要研究方向为信号处理与硬件电路设计； 马永良，助理实验师，主要研究方向为信号处理与硬件电路 设计。 ［责任编辑】闫雯雯 ［收稿日期］２０１２－０２－０９ ２０１２￣３６卷第０９期Ｉ３ ７ｌ