mav多路输出单端反激式开关 电源设计

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1、多路输出单端反激式开关电源设计作者：杨立杰摘   要：本文在阐述了基于TOPSwitch系列芯片设计的单片反激式开关电源原理的基础上，详细介绍了一种用于智能仪表的小功率多输出AC/DC开关电源的设计方法。引言随着现代科技的高速发展，功率器件的不断更新，PWM技术的发展日趋完善，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10W。为了减少PCB的数量和智能仪表的体积，要求电源尺寸尽量小并能

2、将电源部分与仪表主控部分做在同一个PCB上。考虑l0W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：电路简单、体积小巧且成本低。单端反激电路由输入滤波电路、脉宽调制电路、功率传递电路(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及周围元件组成)及信号传递电路(由隔离光耦及电阻组成)等组成。本电源设计成表面贴装的模块电源，其具体参数要求如下：输出最大功率：10W输入交流电压：85～265V输出直流电压/电流：+5V，500mA；+12V，150mA；+24V，100mA纹波电压：≤120m

3、V单端反激式开关电源的控制原理所谓单端是指TOPSwitch-II系列器件只有一个脉冲调制信号功率输出端—漏极D。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流连续输出。这也是反激式电路的基本工作原理。而反馈回路通过控制TOPSwitch器件控制端的电流来调节占空比，以达到稳压的目的。TOPSwitch-II系列芯片选型及介绍TOPSwitch-Ⅱ系列芯片的漏极(D)与内部

4、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。控制极(C)用于占空比控制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(S)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的占空比随控制引脚电流的增加而线性下降，控制电压的典型值为5.7V，极限电压为9V，控制端最大允许电流为100mA。在设计时还对阈值电压采取了温度补偿

5、措施，以消除因漏源导通电阻随温度变化而引起的漏极电流变化。当芯片结温大于135℃时，过热保护电路就输出高电平，关断输出极．此时控制电压Vc进入滞后调节模式，Vc端波形也变成幅度为4.7V~5.7V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，再利用上电复位电路将内部触发器置零，使MOSFET恢复正常工作．采用TOPSwitch-II系列设计单片开关电源时所需外接元器件少，而且器件对电路板布局以及输入总线瞬变的敏感性大大减少，故设计十分方便，性能稳定，性价比更高。对于芯片的选择主要考虑输入电压和功率。由设

6、计要求可知，输入电压为宽范围输入，输出功率不大于10W，故选择TOP222G。电路设计本开关电源的原理图如图1所示。主电路设计电源主电路为反激式，C1、L1、C2接在交流电源进线端，用于滤除电网干扰，C5接在高压和地之间，用于滤除高频变压器初、次级后和电容产生的共模干扰，在国际标准中被称为“Y电容”。C1跟C5都称作安全电容，但C1专门滤除电网线之间的串模干扰，被称为“X电容”。为承受可能从电网线窜入的电击，可在交流端并联一个标称电压U1mA为275V的压敏电阻VSR。鉴于在功率MOSFET关断的瞬间，高频变压器的漏感产生尖峰电压UL，

7、另外，在原边上会产生感应反向电动势UOR，二者叠加在直流输入电压上。典型的情况下，交流输入电压经整流桥整流后，其最高电压UImax=380V，UL≈165V，UOR=135V，则UOR+UL+UOR≈680V。这就要求功率MOSFET至少能承受700V的高压，同时还必须在漏极增加钳位电路，用以吸收尖峰电压，保护TOP222G中的功率MOSFET。本电源的钳位电路由D2、D3组成。其中D2为瞬态电压抑制器(TVS)P6KE200，D3为超快恢复二极管UF4005。当MOSFET导通时，原边电压上端为正，下端为负，使得D3截止，钳位电路不起

8、作用。在MOSFET截止瞬间，原边电压变为下端为正，上端为负，此时D1导通，电压被限制在200V左右。输出环节设计以+5V输出环节为例，次级线圈上的高频电压经过UF5401型100V/3A的超快恢复二极管D