32W喷墨打印机电源峰值功率优化实例

由PKS606Y峰值功率输出式单片开关电源集成电路构成的32W（峰值功率81W）喷墨打印机电源电路如图7-21所示。其交流输入电压范围是u=85～265V，连续输出功率为

图7-21 由PKS606Y构成的32W（峰值功率81W）喷墨打印机电源电路

32W（+30V、1.07A）；峰值输出功率为81W（+30V、2.7A，持续时间为50ms）。其峰值输出功率为连续输出功率（即满载功率）的2.5倍，电源效率可达80%，在265V交流输入电压下的空载输入功率小于200mW，可用作喷墨打印机的电源。它在备用模式下的电源效率大于66%，在休眠模式下的电源效率为75%，符合备用电源的EPS国际标准。

该电源具有欠电压锁定、智能化交流电压检测及快速复位等功能。一旦电源发生故障，芯片内部的过载锁定、开环闭锁及具有滞后作用的热关断电路不仅可保护电源，还能保护负载不受损坏。正常工作时的电源效率超过80%。当交流输入电压为230V时，空载功耗低于200mW；能满足加载状态和待机状态下对电源效率的要求。它使用一只稳压管VD_Z3提供参考电压，并采用光耦反馈电路对输出电压进行调节。电路中使用了两片集成电路：单片开关电源集成电路IC₁（PKS606Y）、线性光耦合器IC₂（PC817X4）。

由C₁～C₃、R₁、R₂和L₁构成输入端电磁干扰（EMI）滤波器，可滤除从电源线引入的共模干扰和串模干扰。R₁、R₂为泄放电阻，当交流输入电压断开时C₃上积累的电荷可通过R₁和R₂泄放掉，防止操作者因接触电源插头而受到电击。利用负温度系数的热敏电阻R_T，可限制在刚上电时的浪涌电流。

经VD₁～VD₄整流、C₄滤波后的直流输入电压U_I，加至高频变压器（T）一次绕组的一端。一次绕组的另一端接PKS606Y内部功率MOSFET的漏极D。漏极钳位保护电路由稳压管VD_Z1、快恢复二极管VD₆、阻容元件C₅、R₃和R₄组成，可将漏极电压钳位在安全范围以内。需要说明的是，VD₆采用快恢复二极管（其反向恢复时间t_rr=500ns），而不使用超快恢复二极管，原因是可将被钳位的部分能量传输到二次侧，以提高电源效率。由于开关频率很高，VD₆不得采用普通整流二极管，以免在开机或输出发生故障时因功耗过高而损坏。与常规的R、C、VD型钳位保护电路相比，在稳压管VD_Z1上串联电阻R₃不仅能降低电磁干扰，还可提高电源效率。

交流电压检测电路及欠电压检测电路由VD₅、C₇、R₅和R₆组成。由于C₇两端的电压（U_C7）是由VD₅整流后单独提供的，而不是取自主输入滤波电容上的电压，因此U_C7仅与交流输入电压u有关，并不受负载变化的影响。这使得PKS606Y能迅速判断交流输入电压是否正常。当关断交流输入电压时，该电路能通过R₅和R₆迅速将PKS606Y复位。电阻R₁₆给PKS606Y的EN/UV引脚提供少量的偏置电流，以便在上电时就激活欠电压保护功能。当交流输入电压断开时，锁存关断的复位时间取决于滤波电容C₄的电容量。

欠电压检测电路中的R₅、R₆亦可改接在滤波电容C₄上，当输入电压过低时，只要流入EN/UV端的电流小于25μA，PKS606Y就将电源关断，同样可起到欠电压保护作用。此时若电源出现故障，就必须等C₄放电后，电源才能被重新复位。

输出电压U_O由稳压管VD_Z2的稳定电压U_Z2、R₁₂上的压降U_R12、VD₉的导通压降U_VD9和PC817X4型光耦合器中LED的导通压降U_LED来设定，有下列关系式：(www.xing528.com)

U_O=U_Z2+U_R12+U_VD9+U_LED （7-3）

式中，U_Z2=28V，U_LED≈1V，U_R12+U_VD9≈1V，故U_O=30V。

由R₁₃给VD₉和VD_Z2提供偏置电流，以确保VD_Z2工作在稳压区。R₁₂用于调整反馈回路的增益。

PKS606Y是采用跳过周期的方法，通过开/关控制器，以达到稳压的目的。当负载要求电源达到峰值功率时，开/关控制器只跳过少量的开关周期，使电源能在50ms时间内输出81W的峰值功率，并维持输出电压不变。而当输出连续功率时，它要跳过较多的时钟周期，以降低输出功率。这就是PKS606Y调节电压的原理。举例说明，当U_O超过反馈阈值电压时，光耦合器中LED的电流增大，使通过红外接收管电流也增大。只要流入EN/UV端的电流超过其阈值电流（240μA），下一个时钟周期就被跳过。反之，当U_O低于反馈阈值电压时，PKS606Y就在下一个时钟周期内工作在开关状态。因此，即使负载很轻时，也能保持电源效率基本恒定。

高频变压器采用EE25型磁心，一次绕组、二次绕组的匝数分别为71匝、16匝。输出整流二极管VD₈采用STPS3150型3A/150V肖特基二极管，在VD₈上并联阻容网络R₈、C₁₁，构成RC吸收回路，可降低电磁干扰。C₁₂为滤波电容。过电压及过电流保护电路由小功率PNP型晶体管（2N3906）、晶闸管VT₂（FS202DA）、R₉～R₁₁、R₁₄、C₁₃、C₁₆和VD_Z3构成。只要出现过电压或过电流现象，U_O就通过VT₁触发晶闸管VT₂，使之导通，并对输出电压进行钳位，在30ms后，将PKS606Y关断。该单片开关电源具有锁存关断功能。由R₁₀和C₁₃组成的低通滤波器，给过电流保护检测电路提供一段延迟时间。当电源输出电压超过36V时，VD_Z3被反向击穿，通过VT₁触发VT₂导通，将输出短路。只要PKS606Y在30ms内未接收到反馈信号，就被锁存关断。同理，当负载峰值电流的持续时间超过70ms（该时间等于R₁₀与C₁₃的时间常数，τ=R₁₀C₁₃=70.2ms）时，VT₁导通，也能触发VT₂并使之导通，将输出短路，进而使PKS606Y锁存关断。

当电源被关断后，只需切断交流电约3s（最长时间），即可重新复位。利用PKS606Y的锁存关断功能，可大大降低晶闸管VT₂及输出整流二极管VD₈的容量。因为在电源关断之前，仅在50ms的时间内有短路电流通过这两个器件。

偏置绕组的匝数为10匝。其输出电压首先经过VD₇和C₁₆整流滤波，再经过R₇和R₁₆接PKS606Y。通过R₇可给旁路电容C₈大约提供2mA的电流。在电源启动或发生故障时，旁路端主要由PKS606Y内部的高压电流源来供电，从而可节省外部启动电路。

根据IEC60384-14：2005《电子设备用固定电容器》国际标准，安全电容有两种：X电容和Y电容。C₃为X电容，接在L、N之间，对串模干扰起滤波作用。C₁₀为Y电容，接在一次绕组与二次绕组的返回端之间，用来滤除共模干扰。