高频单片开关芯片设计多组开关稳压电源.docx

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1、高频单片开关芯片设计多组开关稳压电源1、用高频单片开关芯片设计多组开关稳压电源1、性能优异为便携式设备选择拓宽了新途径多年来，为设计多组开关稳压电源选择性能价格比较高的电源掌握芯片，始终是创造业心想事成的问题，这是因为电源掌握芯片不是引脚多调试繁多，就是引脚少了功能不理想。而TOPSWitChn单片开关电源是美国PI（POWerlntegration）公司较新推出的高频开关电源芯片，它能将开关电源所必需的具有高压N沟道功率MOS场效应管、电压型PW掌握器、100kHz高频振荡器、高压启动偏置电路、基准电压、用于环路补偿的并联偏置调整器、误差放大器和故障爱护功能块等全部集成在一起，是属引脚少（仅

2、为3线）功能强向的高频开关电源芯片。它可广泛用于仪器仪表、笔记本电脑、VCD和DVD、电池充电器、功率放大器等领2、域，用它构成的开关电源具有分量轻、体积小、效率高、稳压范围宽等优点，在电子电气、掌握、计算机等不少领域的电子设备中得到了广泛的使用。为此本文将介绍应用T0P222Y高频单片开关电源掌握芯片为核心的多组开关稳压电源设计方案。2、多组（5组）开关电源设计方案2.1以T0P222Y高频单片开关电源掌握芯片为核心的电源组成图，见图1所示。T0P222Y为DC/DC变换器，其芯片引脚3、2、1分别与高频变压器输入及初级、输出次级及地、输出反馈等相连接。2.2电源电路拓扑为单端反激式该电源电

3、路拓扑为单端反激式，反激式则是指当功率开关管MOSFET导通时，就将电能储存在高频变压器的初级线圈上；当MOSFET关断时，向次级输出电能。由于开关频率高达100KHz,使得高频变压器能够快速3、储存、释放能量，经高频整流滤波后即可获得连续输出。2.3电源单级滤波器作用220V沟通进线端接入电磁滤波器(EM1),为了削减体积和降低本钱，单片开关电源普通采用简易式单级滤波器。Ll用来滤除共模干扰，ChC2用来滤除串模干扰。电源滤波器的作用：一方面是滤除由电网传来的杂波电压，净化输入电源，另一方面也阻挡高频开关电源的振荡电压窜入电网干扰其它电器。2.4整流与DC/DC变换器市电经整流和电容滤波后，

4、变成308V的直流电压供给TOP222Y器件，T0P222Y构成DC/DC变换器，它将输入的直流高压变成脉宽可调的高频脉冲电压，经高频变压器降压后再进行半波整流和滤波，变成所需要的直流电压输出。2.5瞬态电压抑制电路阻塞二极管D6与瞬态电压抑制器D5组成吸收电路，吸收功4、率器件在关断过程中由于变压器漏感产生的尖峰电压，当TOP222Y功率管导通时初极变压器的电压极性为上端为正，下端为负，使D6截止，钳位电路不起作用。在MOSFET截止的瞬间，初极变压器变成下端为正，上端为负，此时D6导通，尖峰电压就被D5吸收掉。2.6关于高频变压器与反馈稳压电路高频变压器的次级有5个绕组，其中的13.2V3

5、00mA绕组VI为主绕组掌握T0P222Y器件的脉宽，即这一组输出电压为PW稳压，由并联可编程稳压器TL431和光电耦合器PC817及分压电阻R4、R5完成取样反馈工作。当输出们电压升高时经R4、R5分压后得到取样电压与TL431中的带隙基准电压进行比较，使TL431阴极电位下降，使流过光电二极管工作电流If增大，再通过光耦PC817使掌握端电5、流Ic增大，T0P222Y的输出占空比减小，使们电压下降。到达稳压的目的。电阻R3为Vl输出的最小负载，用于提高轻载时的电压调整率。当输出电压偏低时，R3的作用是给431提供电流偏执通路。为避开刚接通电源时输出电压产生过冲现象，TL431的阴极与阳极

6、之间并联一只软启动电容C12o其作用分析如下：刚上电时由于C12两端的压降不能突变，使得VK=0,TL431不工作。随着整流滤波器的输出电压渐渐升高，光耦二极管(LED)上的电流就通过R2对C12充电，使C12上的电压不断升高，TL431渐渐转入正常工作状态。输出电压在延迟时间内缓慢上升，最终到达13.2V稳定值。2.7取样与反馈电阻确实定如何确定R2、R3、R4及R5的值。首先要搞清TOP管的掌握特性。从TOPSWiC6、th的技术手册可知流入掌握脚C的电流Ic与占空比D成反比关系，如图2所示。可以看出Ic的电流应在2-6mA之间，PWM会线性改变，因此PC817三极管的电流ICe也应在这个

7、范围改变。而Ice是受二极管电流If掌握的，Rl的取值要保证TOP掌握端取得所需要的电流,假设用PC817,其CTR=IC/IF=O.8-L6,从TL431的技术参数知，Vka在2.5V-36V改变时，阴极工作电流IKA可以在从ImA到IoomA以内很大范围里改变。当光偶CTR取低限0.8时，此进流过光二极管的最大电流，IRnaXY6/0.8=7.511A,TL431阴极电压VkA=Vo-VF-(IFmaxR2)2.5V,其中VF为光偶二极管的正向压降。VF典型值为1.2VoVkA=13.2-1.7、2-7.5R22.5VR21.3k(R2=250)431要求至少有ImA的工作电流，也就是R2

8、的电流接近于零时，也要保证431有ImA,所以R3=L2VImA=L2K(取R3=510即可)。R5的取值,R5的值不是任意取的，要考虑两个因素：*431参考输入端的电流，普通此电流为2A摆布，为了避开此端电流影响分压比和避开噪音的影响，普通取流过电阻R5的电流为参考段电流的100倍以上，所以此电阻要小于25V200A=12,5K.*待机功耗的要求，如有此要求，在满足R5W12.5KQ的状况下尽量取大值。取R5二IOKQ。确定了上面几个关系后，那R4电阻的值就好确定了。依据TL431的性能，R4、R5、Vo、Vr有固定的关系：Vo=(1+R4R5)Vr(Vr8、=2.5V)由此可算出R4=43

9、.kQ03、开关电源电路主要参数的设计值此仅对各组输出功率之和、输出直流电压、最大占空比、初级电流有效值及峰值、初级绕组电感值旧及初次极绕组匝数等主要参数的计算作介绍。3.1本电源总输出功率为各组输出功率之和：PO=13.20.3+13.20.2+280.05+213.20.1+120.006=10.71W(反馈绕组功率为120.006)若电源总的效率为80%,则电源输入的总功率应为：Pi=P080%=10.71/0.8=13.4W在宽范围输入电压条件下，T0P222Y的最大输出功率为15W,能够满足本电路要求。3.2依据输入沟通电压确定最小直流电压、最大直流电压假定沟通输入电压的范围是85V

10、-265V,输入整流桥响应时间为tc=3m9、S,输入滤波电容C3取22uf,则对于宽范围电压输入，输入电容选取(2-3)PO单位F,即对于宽范围电压输入，输入电容选取(2-3)Po单位F,按比例系数(23)FW来选取。当输入电容取33F时(推存值)，VMlN=94伏。3.3确定最大占空比反激电源的最大占空比出如今最低输入电压、最大输出功率的状态，依据在稳态下，变压器的磁平衡，可以有下式：若将VOR取100VT0P漏-源电压UDS=IoV则可算出DMAX=O.6反激电压VOR的选取不是任意的。对于宽范围电压输入普通取135V,对于多路电源输出普通取100V。3.4计算初级电流有效值及峰值单端反

11、激式变换器初级工作方式分为两种：连续模式和继续模式其初级绕组电流波形如图3所示。KRP为电流脉动系数，利用KRP的数值10、可以定量地描述开关电源的工作模式，0.4KRP1.0时处于连续模式，KRP=I时处于断续工作模式。KRP的值较小意味着更为连续的工作模式和相对较大的初级电感量，并且初级电流的峰值及有效值较小，因此可用功率较小的TOPSWitCh芯片。设在最大占空比时，当开关管开通时，原边电流为Ipl,当开关管关断时，原边电流上升到Ip2o若IPl为0,则说明变换器工作于断续模式，否则工作于连续模式。由能量守恒，得出下式：1/2(Ipl+Ip2)*DMAX*VMIN=Pi为了提高效率，降低

12、功率损耗，减小集肤效应，我们采用连续工作模式：我们令Ip2=2Ipl这样就可以求出变换器的原边峰值电流Ip2：(0.5Ip2+Ip2)0.677=213.4Ip2=0.387AT0P222Y极限电流最11、小值ILlMIN=O.45A,极限电流最大值ILlMAX=O.55A原边峰值电流Ip2必需满足:一次绕组脉动电流一次绕组脉动电流旧与一次绕组峰值电流，Ip2的比值一次绕组有效值电流3.5确定初级绕组电感值一次绕组电感量：3.6确定初次极绕组匝数选择E122磁芯作为磁芯选择根据（普通选择最大磁通密度Bm=O.2T-O.3T低于0.2T磁芯未被充分利用，高于03所用铁氧体材料可能发生饱和），Bm

13、选择0.25T（特斯拉）次级V2、V4、V5绕组匝数N2=N4=N5=N1=11匝4、结束语由于T0P222Y高频单片开关电源掌握芯片引脚少，所以该多组开关电源性能调试方便简洁，故障率少可靠性高。至于高频变压器的计算是没有惟一的答案的，在计算过程中需要考虑大量互相关联的设计变量，12、变量取值不同，其设计的结果就会有一些差异，有时理论算出的值与实际会有差异，需通过进一步调整才干满足兴实际要求。多路输出单端反激式开关电源设计引言随着现代科技的高速发展，功率器件的不断更新，PWM技术的发展日益完善，开关电源正朝着短、小、轻、薄的方向发展。本文介绍了一种基于TOPSwith系列芯片设计的小功率多路输

14、出AC/DC开关电源的原理及设计方法。设计要求本文设计的开关电源将作为智能仪表的电源，最大功率为IOWo为了削减PCB的数量和智能仪表的体积，要求电源尺寸尽量小并能将电源部份与仪表主控部份做在同一个PCB上。考虑IOW的功率以及小体积的因素，电路选用单端反激电路。单端反激电路的特点是：电路简洁、体积小巧且本钱低。单端反激电路由输入滤波电路、脉宽调制电路、功率传13、递电路（由开关管和变压器组成）、输出整流滤波电路、误差检测电路（由芯片TL431及四周元件组成）及信号传递电路（由隔离光耦及电阻组成)等组成。本电源设计成外表贴装的模块电源，其具体参数要求如下：输出最大功率：IoW输入沟通电压：85

15、265V输出直流电压/电流：+5V,500mA；+12V,150mA；24V,IoonIA纹波电压：120mV单端反激式开关电源的掌握原理所谓单端是指TOPSwitch-II系列器件惟独一个脉冲调制信号功率输出端一漏极Do反激式则指当功率MOSFET导通时，就将电能储存在高频变压器的初级绕组上，仅当MOSFET关断时，才向次级输送电能，由于开关频率高达100kHz,使得高频变压器能够快速存储、释放能量，经高频整流滤波后即可获得直留连续输14、出。这也是反激式电路的基本工作原理。而反馈回路通过掌握TOPSWitCh器件掌握端的电流来调整占空比，以到达稳压的目的。TOPSwitch-II系列芯片选

16、型及介绍TOPSWitch-系列芯片的漏极(D)与内部功率开关器件MOSFET相连，外部通过负载电感与主电源相连，在启动状态下通过内部开关式高压电源提供内部偏置电流，并设有电流检测。掌握极(C)用于占空比掌握的误差放大器和反馈电流的输入引脚，与内部并联稳压器连接，提供正常工作时的内部偏置电流，同时也是提供旁路、自动重起和补偿功能的电容连接点。源极与高压功率回路的MOSFET的源极相连，兼做初级电路的公共点与参考点。内部输出极MOSFET的占空比随掌握引脚电流的增加而线性下降，掌握电压的典型值为5.7V,极限电压15、为9V,掌握端最大允许电流为100mA。在设计时还对阈值电压实行了温度补偿措施，以消除因漏源导通电阻随温度改变而引起的漏极电流改变。当芯片结温大于135C时，过热爱护电路就输出高电平，关断输出极。此时掌握电压VC进入滞后调整模式，Vc端波形也变成幅度为4.7V57V的锯齿波.若要重新启动电路，需断电后再接通电路开关，或者将VC降至3.3V以下，再利用上电复位电