多路输出式单片开关电源的电路设计

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1、多路输出式单片开关电源的电路设计（单片开关电源技术讲座之三）河北科学大学沙占友庞志锋武卫东（石家庄050054）摘要：单片开关电源是国际上90年代才开始流行的新型开关电源芯片。本文阐述其多路输出式电路设计方法。关键词：单片开关电源多路输出电路设计中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编号：0219－2713(2000)10－545－04许多家电产品（如电视机、机顶盒解码器、录像机）都需要由多路稳压电源来供电。在电子仪器、自控装置中也要给各种模拟与数字电路提供多路电源。利用单片开关电源可实现多路电压输出。下面通过一个典型实例来详细介绍多路输出式开关电源的优化设计。1电路设计方案1．1确定

2、多路输出的技术指标假定要设计的开关电源具有三路输出：主输出UO1（5V，2A，10W）,辅助输出为UO2（12V，1.2A，14.4W）和UO3（30V，20mA，0.6W）。总输出功率为25W。技术指标详见表1。各路输出的稳压性能对于电路结构和高频变压器的设计至关重要。通常，主输出的稳定性要高于辅助输出。现将＋5V作为主输出，专门供CMOS，TTL数字电路使用，其负载调整率SI≤±1％，其余两路优于±5％。1．2确定反馈电路多路输出的反馈电路有四种类型：基本反馈电路；改进型基本反馈电路；配稳压管的光耦反馈电路；配TL431的光耦反馈电路。以第四种电路的稳压性能为最佳。利用表2可选定反馈

3、电路。需要指出，多路输出要比单路输出的SI值高，并且主输出指标优行辅助输出。表2可供多路输出选择的四种反馈电路反馈电路类型负载调整率电路说明主输出辅助输出基本反馈电路±5％≥10％在输出端并联一只稳压管，可改善轻载时的负载调整率。改进型基本反馈电路±2.5％≥10％在反馈电路中增加稳压管和电容。配稳压管的光耦反馈电路±2％≥5％由稳压管提供参考电压。配TL431的光耦反馈电路±1％≤5％由TL431提供高稳定度的参考电压，主输出作为主要反馈信号，其余各路输出按一定比例反馈。（1）基本反馈电路是利用反馈绕组间接获取输出电压的变化信号，因此不需要使用光耦合器。该方案的电路最为简单，但开关电源

4、的稳定性不高，难于把负载调整率SI降至±5％以下。若仅为改善轻载时的负载调整率，可在输出端并联一只合适的稳压管，使其稳定电压UZ=U01，此时轻载下的SI<±5％。（2）改进型（亦称增强型）基本反馈电路其特点是在反馈电路中串联一只22V的稳压管，再并联一只0.1μF电容器。主输出辅助输出总输出功率PO第1路第2路第3路UO1（V）IO1（A）PO1(W)UO2（V）IO2（A）PO2(W)UO3(V)IO3(mA)PO3(W)＋5(±5％)0.4～2.010＋12(±10％)0.12～1.2014.4＋30(±10％)10～200.625W表1多路输出的技术指标图1多路输出式25W开关电

5、源的电路（3）配稳压管的光耦反馈电路它是利用一只稳压管的稳定电压作为次级参考电压。由稳压管的稳定电压（UZ）、光耦合器中LED的正向压降（UF）和用于控制环路增益的串联电阻R1上的压降（UR1）这三者之和，来决定输出电压值。当UZ的偏差小于2％时，能将主输出的负载调整率控制在±2％以内，该电路的缺点是参考电压的稳定度不高，并且只对主输出进行反馈，其他各路辅助输出未加反馈，因此辅助输出的电压稳定性较差。（4）配TL431的多路输出光耦反馈电路其特点是：　　①利用TL431型可调式精密并联稳压器构成次级误差电流放大器，再通过光耦合器对主输出进行精确的调整；　　②除主输出作为主要的反馈信号之外

6、，其他各路辅助输出也按照一定比例反馈到TL431的2.50V基准端，这对于全面提高多路输出式开关电源的稳压性能具有重要意义，也是单片开关电源的一项新技术。1．3设计开关电源电路根据上述原则设计成的多路输出式25W开关电源的电路，如图1所示。该电路采用一片TOP223Y型三端单片开关电源，交流输入电压范围是85V～265V。高频变压器的次级有3个独立绕组，仅在主输出端（＋5V）设计了带TL431的光耦反馈电路。多路输出式开关电源有两种工作方式：　　（1）不连续模式（DCM），其优点是在同等输出功率的情况下，高频变压器能使用尺寸较小的磁芯；　　（2）连续模式（CCM），其优点是能提高TOPS

7、witch的利用率。多路输出式开关电源一般选择连续方式，因高频变压器尺寸不再是重要问题，此时需关注的是多个次级绕组如何与印制电路实现最佳配合。2多路输出式高频变压器的设计高频变压器采用EE29型铁氧体磁芯，其有效磁通面积SJ=0.76cm2。留出的磁芯气隙宽度δ=0.38mm。骨架有效宽度为26mm。初级绕组采用0.3mm漆包线绕77匝，反馈绕组用0.3mm漆包线绕9匝。次级绕组有两种绕制方法，一种是分离式绕法，图2次级绕组的两