基于TOPSwitch的反激式DC/DC開關(guān)電源設(shè)計(jì)

浙江東方職業(yè)技術(shù)學(xué)院 邵康敏 吳江壽

基于TOPSwitch的反激式DC/DC開關(guān)電源設(shè)計(jì)

浙江東方職業(yè)技術(shù)學(xué)院 邵康敏 吳江壽

根據(jù)技術(shù)指標(biāo),設(shè)計(jì)了一種基于TOP258PN的反激式DC/DC變換器,重點(diǎn)介紹了高頻變壓器和反饋電路的設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該開關(guān)電源性能優(yōu)良,具有效率高、輸出電壓穩(wěn)定、負(fù)載調(diào)整率和電壓調(diào)整率良好等特點(diǎn)。

DC/DC;TOPSwitch;反激式

0 引言

開關(guān)電源是利用開關(guān)管的導(dǎo)通與截止,對(duì)電路進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)輸入電壓的脈沖調(diào)控。美國(guó)PI公司生產(chǎn)的TOPSwitch-HX系列芯片將功率開關(guān)管MOSFET與控制電路合為一體,從而使外圍電路更加簡(jiǎn)單,是目前設(shè)計(jì)反激式DC/DC變換器的理想選擇。本文針對(duì)某智能儀器的電源要求,研制基于TOP258PN芯片的30W反激式DC/DC開關(guān)電源,設(shè)計(jì)了高頻變壓器電路和光耦反饋電路。

1 設(shè)計(jì)原理

電路功能部分主要由輸入/輸出整流濾波、電壓變換、反饋電路組成。如圖1所示,工作原理簡(jiǎn)述為:交流市電經(jīng)過整流濾波得到直流電壓,再經(jīng)TOP258PN脈寬調(diào)制和高頻變壓器變換得到高頻矩形波電壓,最后經(jīng)輸出整流濾波得到品質(zhì)優(yōu)良的直流電壓,同時(shí)反饋回路通過對(duì)輸出電壓的采樣、比較和放大處理,將得到的電流信號(hào)輸入到TOP258PN的控制端C,控制占空比調(diào)節(jié)輸出,使輸出電壓穩(wěn)定[1]。

圖1 開關(guān)電源電路主要組成部分

2 設(shè)計(jì)要求

主要設(shè)計(jì)指標(biāo):

3 基于TOPSwitch的反激式DC/DC變換器設(shè)計(jì)

圖2所示為基于TOP258PN的單端反激式開關(guān)電源電路,整流二極管選用能承受1A電流的IN4007型橋式整流器件。假設(shè)整流橋二極管的導(dǎo)通時(shí)間為,由以下式子可以得到輸入直流電壓的最小值:

3.1 變壓器設(shè)計(jì)

(1)計(jì)算匝比n

設(shè)匝比為n,假定開關(guān)管工作時(shí)的最大占空比為Dmax=0.5,開關(guān)周期為T=1/fs,一個(gè)周期內(nèi)的最大導(dǎo)通時(shí)間,為了可靠地工作在斷續(xù)模式(DCM),設(shè)置死區(qū)時(shí)間=0.1T[2],則:

(2)計(jì)算變壓器初級(jí)側(cè)的峰值電流

由能量守恒定理得:

(3)計(jì)算變壓器初級(jí)側(cè)勵(lì)磁電感

(4)磁芯選型

由AP面積公式計(jì)算可得:

查閱磁芯手冊(cè),選擇磁芯形狀為PQ26/20,材質(zhì)為PC44,磁芯AP值為,大于理論計(jì)算的AP值,所以滿足設(shè)計(jì)要求。

(5)計(jì)算變壓器初、次級(jí)匝數(shù)

(6)計(jì)算變壓器氣隙長(zhǎng)度

圖2 基于TOP258PN的開關(guān)電源電路

3.2 反饋電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用穩(wěn)壓器TL431加線性光耦LTV817A實(shí)現(xiàn)反饋回路[4],如圖2所示。將輸出側(cè)的采樣電壓送入TL431的輸入控制端,與TL431內(nèi)部的2.5V參考電壓進(jìn)行比較,動(dòng)態(tài)地調(diào)整TL431兩端電壓,從而使LTV817A中的發(fā)光二極管工作電流發(fā)生線性變化,TOP258PN控制端電流也將線性變化,進(jìn)而改變芯片的占空比D,使輸出電壓發(fā)生變化,達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓目的。

表1 寬電壓輸入測(cè)試結(jié)果

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

本文研制的30W(12v,2.5A)反激開關(guān)電源在寬電壓85v～265v的輸入范圍內(nèi)選取3個(gè)電壓樣本點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)試,并對(duì)每個(gè)電壓樣本點(diǎn)進(jìn)行了輕載到滿載的測(cè)試,如表1所示。

由測(cè)試數(shù)據(jù)可得出,1)電壓調(diào)整率:在負(fù)載為滿載(Io=2.51A)時(shí),輸出電壓最大值為12.13v,最小值為12.11v,電壓調(diào)整率為1.4%;2)負(fù)載調(diào)整率:在額定電壓輸入時(shí),負(fù)載調(diào)整率為1.0%。另外,在寬電壓輸入范圍內(nèi),最大輸出紋波為68.1mv,電源效率在80%左右。實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求,電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率及輸出電壓準(zhǔn)確度都較好,電源驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)。

5 結(jié)束語

在寬電壓輸入(85～265AC)條件下,本文設(shè)計(jì)了一款以TOP258PN芯片為核心的30W反激式開關(guān)電源,重點(diǎn)介紹了高頻變壓器和反饋電路的設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求,可在負(fù)載變化較大的工作場(chǎng)合長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]王改云,胡志強(qiáng),王遠(yuǎn)。高精度可調(diào)式單端反激開關(guān)電源設(shè)計(jì)[J]。電源技術(shù),2015,39(1):127-129.

[2]Abraham I。pressman,王志強(qiáng)等譯。開關(guān)電源設(shè)計(jì)[M]。北京:電子工業(yè)出版社,2012.

[3]劉勝利。高頻開關(guān)電源新技術(shù)應(yīng)用[M]。北京:中國(guó)電力出版社,2008.

[4]侯曉云?；赥OPSwitch的反激式DC/DC變換器設(shè)計(jì)[J]。衡水學(xué)院學(xué)報(bào),2015,17(1):26-28.

邵康敏(1985-),男,碩士研究生,助教,主要從事電氣控制、電力電子等領(lǐng)域的研究。