《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于TOPSwitch及PI Expert的單端反激式開關(guān)電源設(shè)計
摘要: 開關(guān)電源以其小型,、輕量和高效率的特點,被廣泛地應(yīng)用于各種電氣設(shè)備和系統(tǒng)中,,其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。開關(guān)穩(wěn)壓電源有多種類型,,其中單端反激式開關(guān)電源由于具有線路簡單,,所需要的元器件少,能夠提供多路隔離輸出等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于小功率電源領(lǐng)域,。
Abstract:
Key words :

        引言

  開關(guān)電源以其小型,、輕量和高效率的特點,,被廣泛地應(yīng)用于各種電氣設(shè)備和系統(tǒng)中,其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個系統(tǒng)功能的實現(xiàn),。開關(guān)穩(wěn)壓電源有多種類型,,其中單端反激式開關(guān)電源由于具有線路簡單,所需要的元器件少,,能夠提供多路隔離輸出等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于小功率電源領(lǐng)域,。

  傳統(tǒng)的單端反激電源一般由PWM控制芯片(如UC3842)和功率開關(guān)管(頻率較高時一般使用MOSFET)組成,PWM芯片控制環(huán)路設(shè)計復(fù)雜,,容易造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定,,功率開關(guān)管有時需要外加驅(qū)動電路。另外,,反激變壓器的設(shè)計也是一個難點,,其往往導(dǎo)致電源設(shè)計周期延長。隨著PI公司生產(chǎn)的以TOPSwitch為代表的新一代單片開關(guān)電源的問世,,以上諸多問題都得到了很好的解決,。應(yīng)用TOPSwitch設(shè)計開關(guān)電源,不僅器件更少,,結(jié)構(gòu)更簡單,,發(fā)熱量更少,工作更可靠,,而且與之配套的軟件設(shè)計平臺Pl Expert使得變壓器的設(shè)計也變得異常容易,。兩者結(jié)合已成為一種高效的開關(guān)電源設(shè)計方案。本文以一個具體的設(shè)計實例,,洋細闡述了如何應(yīng)用TOPSwitch及PI Expert進行開關(guān)電源沒計,,并通過試驗進行了驗證。

  1 單端反激電源基本工作原理

  單端反激式開關(guān)電源的基本本作原理比較簡單,。采用基本反饋電路的基于TOPSwitch的單端反激電路如圖l所示,,其中變壓器T1具有能量存儲、原副邊隔離和電壓轉(zhuǎn)換三種作用,。
 



  TOPSwitch開通時副邊整流二極管D2截止,,此間輸出負載的能量由C1提供;TOPSwitch關(guān)斷后,變壓器磁心中的磁通減少,副邊繞組電壓極性反向,,整流二極管開始導(dǎo)通,存儲在變壓器中的能量輸送給負載,,同時補充C1先前減少的能量。

  根據(jù)變壓器原邊電流是否減小到零,,可以將單端反激式開關(guān)電源分為斷續(xù)和連續(xù)兩種工作模式,。不同工作模式對整個電源的效率以及相關(guān)參數(shù)的選擇都有一定影響。

  2 TOPSwithch及PI Expert簡介

  TOPSwitch系列單片開關(guān)電源是美國Power Integrations(PI)公司開發(fā)的新型開關(guān)電源芯片,其將離線式開關(guān)電源所必需的各種功能模塊都集成到一塊芯片上,,包括高壓功率場效應(yīng)管MOSFET,、PWM控制器、高頻振蕩器,、高壓啟動偏置電路,、基準(zhǔn)電壓、誤差放大器,、用于環(huán)路補償?shù)牟⒙?lián)偏置調(diào)整器以及各種保護電路等,。

  TOPSwitch主要引腳有三個,分別為引腳DRAIN(D),、引腳SOURCE(S)和引腳CONTROL(C),,附加引腳包括過欠壓檢測(L)、電流限制(X)以及頻率選擇(F),。

  使用時需在C和S之間接一個47μF旁路電容,,利用該電容的充電過程來實現(xiàn)電路的軟啟動。CONTROL引腳為誤差放大器和反饋輸入腳,,實現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)控制,。

  PI Expert是Pl公司專門針對TOPSwitch開發(fā)的一種交互式電源設(shè)計軟件平臺。其特點是簡單易用,、靈活方便,,是一種高效的開關(guān)電源沒計工具。

  3 設(shè)計實列

  本文設(shè)計一種單端反激式多路輸出開關(guān)電源,,用作電氣傳動系統(tǒng)中的控制及驅(qū)動電源,。其輸入電壓為交流85~265V,并要求整個電路結(jié)構(gòu)簡單,、工作可靠,,具有過欠壓保護功能。各路輸出之間相互電氣隔離,,其中用作控制電源的一路要求輸出功率較大,,穩(wěn)壓精度±5%,用作驅(qū)動的各路輸出功率較小,,穩(wěn)壓精度±10%,。

  3.1 電路結(jié)構(gòu)選擇

  單端反激式開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)根據(jù)采用的反饋方式的不同可分為以下幾種:

  (1)Primary/Basic型,利用繞組進行反饋,;

  (2)Primary/Bnhanced型,,利用繞組和一個齊納二極管進行反饋;

  (3)Opto/Zener型,,利用光耦和齊納二極管進行反饋,;

  (4)Opto/TL43l型,利用光耦和精密基準(zhǔn)源TL43I進行反饋。

  以上幾種結(jié)構(gòu),,性能依次增強,但成本和復(fù)雜程度也依次增加,。

  Primary/Basic型結(jié)構(gòu)最簡單,,只需要一個電阻,利用各繞組之間的磁耦合關(guān)系,,直接采用繞組進行反饋(圖1所示),。本設(shè)計采用這種結(jié)構(gòu),并對要求有較高穩(wěn)壓精度的+5V控制電源一路加裝一片穩(wěn)壓芯片(如7805),,這樣既保證了所要求的輸出有足夠的穩(wěn)壓精度,,同時也省去了反饋光耦和精密基準(zhǔn)源TL43l,電路結(jié)構(gòu)簡單,,工作可靠,,從成本上考慮也是可取的。

  系統(tǒng)電路圖如圖2所示,。
 



  圖2中,,P6KE200和BYV26C組成關(guān)斷過壓吸收電路,R1為過欠壓檢測電阻,,R2為過流檢測電阻,,NF為反饋繞組,RF為反饋電阻,。

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