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时间:2020-01-29
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1、应用高频单片开关芯片设计多组开关稳压电源 鲁思慧 1、 性能优异为便携式设备选择拓宽了新途径 多年来,为设计多组开关稳压电源选择性能价格比较高的电源控制芯片,一直是制造业心想事成的问题,这是因为电源控制芯片不是引脚多调试繁多,就是引脚少了功能不理想。 而TOPSwitchlI单片开关电源是美国PI(PowerIntegration)公司较新推出的高频开关电源芯片,它能将开关电源所必需的具有高压N沟道功率MOS场效应管、电压型PWM控制器、100kHz高频振荡器、高压启动偏置电路、基准电压、用于环路补偿的
2、并联偏置调整器、误差放大器和故障保护功能块等全部集成在一起,是属引脚少(仅为3线)功能强向的高频开关电源芯片。 它可广泛用于仪器仪表、笔记本电脑、VCD和DVD、电池充电器、功率放大器等领域,用它构成的开关电源具有重量轻、体积小、效率高、稳压范围宽等优点,在电子电气、控制、计算机等许多领域的电子设备中得到了广泛的使用。为此本文将介绍应用TOP222Y高频单片开关电源控制芯片为核心的多组开关稳压电源设计方案。 2、多组(5组)开关电源设计方案 2.1以TOP222Y高频单片开关电源控制芯片为核心的电源组成
3、图,见图1所示。TOP222Y为DC/DC变换器,其芯片引脚3、2、1分别与高频变压器输入及初级、输出次级及地、输出反馈等相连接。 2.2电源电路拓扑为单端反激式 该电源电路拓扑为单端反激式,反激式则是指当功率开关管MOSFET导通时,就将电能储存在高频变压器的初级线圈上;当MOSFET关断时,向次级输出电能。由于开关频率高达100KHz,使得高频变压器能够快速储存、释放能量,经高频整流滤波后即可获得连续输出。 2.3电源单级滤波器作用 220V交流进线端接入电磁滤波器(EMl),为了减少体积和降低成
4、本,单片开关电源一般采用简易式单级滤波器。L1用来滤除共模干扰,C1、C2用来滤除串模干扰。电源滤波器的作用:一方面是滤除由电网传来的杂波电压,净化输入电源,另一方面也阻止高频开关电源的振荡电压窜入电网干扰其它电器。 2.4整流与DC/DC变换器 市电经整流和电容滤波后,变成308V的直流电压供给TOP222Y器件,TOP222Y构成DC/DC变换器,它将输入的直流高压变成脉宽可调的高频脉冲电压,经高频变压器降压后再进行半波整流和滤波,变成所需要的直流电压输出。 2.5瞬态电压抑制电路 阻塞二极管D6与
5、瞬态电压抑制器D5组成吸收电路,吸收功率器件在关断过程中由于变压器漏感产生的尖峰电压,当TOP222Y功率管导通时初极变压器的电压极性为上端为正,下端为负,使D6截止,钳位电路不起作用。在MOSFET截止的瞬间,初极变压器变成下端为正,上端为负,此时D6导通,尖峰电压就被D5吸收掉。 2.6关于高频变压器与反馈稳压电路 高频变压器的次级有5个绕组,其中的13.2V/300mA绕组V1为主绕组控制TOP222Y器件的脉宽,即这一组输出电压为PWM稳压,由并联可编程稳压器TL431和光电耦合器PC817及分
6、压电阻R4、R5完成取样反馈工作。当输出们电压升高时经R4、R5分压后得到取样电压与TL431中的带隙基准电压进行比较,使TL431阴极电位下降,使流过光电二极管工作电流If增大,再通过光耦PC817使控制端电流Ic增大,TOP222Y的输出占空比减小,使们电压下降。达到稳压的目的。 电阻R3为V1输出的最小负载,用于提高轻载时的电压调整率。当输出电压偏低时,R3的作用是给431提供电流偏执通路。为避免刚接通电源时输出电压产生过冲现象,TL431的阴极与阳极之间并联一只软启动电容C12。其作用分析如下:
7、刚上电时由于C12两端的压降不能突变,使得VKA=O,TL431不工作。随着整流滤波器的输出电压逐渐升高,光耦二极管(LED)上的电流就通过R2对C12充电,使C12上的电压不断升高,TL431逐渐转入正常工作状态。输出电压在延迟时间内缓慢上升,最终达到13.2V稳定值。 2.7取样与反馈电阻的确定 如何确定R2、R3、R4及R5的值。首先要搞清TOP管的控制特性。从TOPSwicth的技术手册可知流入控制脚C的电流Ic与占空比D成反比关系,如图2所示。可以看出Ic的电流应在2-6mA之间,PWM会线
8、性变化,因此PC817三极管的电流Ice也应在这个范围变化。而Ice是受二极管电流If控制的,R1的取值要保证TOP控制端取得所需要的电流,假设用PC817,其CTR=Ic/IF=0.8-1.6,从TL437的技术参数知,Vka在2.5V-36V变化时,阴极工作电流IKA可以在从1mA到100mA以内很大范围里变化。当光偶CTR取低限0.8时,此进流过光二极管的最大电流,IFMAX-=6/0.8=7.5mA,TL431阴极电压VkA=Vo-
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