多路输出单端反激式开关电源设计.doc

多路输出单端反激式开关电源设计多路输出单端反激式开关电源设计多路输出单端反激式开关电源设计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将电源部分与仪表主控部分做在同一个PCB上。考虑10W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:≤120mV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一漏极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。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，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，贝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D7，由于+5V输出功率相对较大，于是增加了后级LC滤波器，以减少输出纹波电压。滤波电感L2选用被称作”磁珠”的3。3μH穿心电感，可滤除D7在反向恢复过程中产生的开关噪声。对于其他两路输出，只需在输出端分别加上滤波电容。其中R3、R4分别为输出的假负载，它们能降低各自输出端的空载和轻载电压。反馈环节设计反馈同路主要由PC817和TL43