開關(guān)電源設計79653課件

12V/30W開關(guān)電源設計）

））時間：二零一零年十二月摘要該電源特性是：簡單，直接可與220V交流電源連接，經(jīng)橋式整流電容濾波后產(chǎn)生300V直流高電壓起動開關(guān)電源工作。并且重量輕、體積小，接線簡單外圍元件少。30W小功率開關(guān)電源原理圖如圖2所示。

12V/30W小功率開關(guān)電源原理圖

總體設計方案該電路特點是利用三極管Q1，二極管D1及電阻R5、R6組成過低壓保護電路，當輸入電壓降低到一定程度時，Q1導通，控制端C電位降低，TOP開關(guān)關(guān)閉，開關(guān)電源沒有輸出。（1）輸入電路電網(wǎng)交流220V輸入電壓經(jīng)兩級EMI濾波電路

、橋式整流、電容濾波后產(chǎn)生300V直流高壓起動開關(guān)電源工作。（2）電源變換器部分在該電路中，T2為高頻變壓器，其中N1為初級繞組（35T）N2為反饋繞組（15T）N3為次級隔離輸出繞組（7T）總體設計方案開關(guān)電源工作后，反饋繞組N2經(jīng)整流、濾波、限流后送至TOP開關(guān)控制極C，以調(diào)整TOP開關(guān)內(nèi)部PWM占空比。當因某種原因如負載變輕引起輸出電壓升高時，N2電壓將升高，即流入TOP開關(guān)控制端C的電流增加。在振蕩電路的控制下，漏極端D有電流流入芯片，提供開環(huán)輸入，該輸入通過旁路調(diào)整器、誤差放大器，由控制端進行閉環(huán)調(diào)整，經(jīng)由PWM控制MOSFET的輸出占空比，使其占空比線性減小，從而使輸出電壓下降，最后達到動態(tài)平衡，保持輸出穩(wěn)定。電路中并接于初級繞組N1兩端的瞬態(tài)電壓抑制二極管D5、電容C4及快速二極管D6組成鉗位削峰電路。鉗制電感放電脈沖的最高電位，減少漏感抗引起的漏極端電壓畸變。在實際繞制高頻電源變壓器時，為了減小漏感的影響，可采用初級與次級相互交叉的繞制方法。同時，采用自我屏蔽作用較為良好的罐形磁芯，將線圈都用磁芯封在里邊?？傮w設計方案（3）反饋控制回路電容C6決定軟起動恢復時間，C6、R5、R4、C5、D7決定控制回路的零點。R4阻值過小，限流線性差，容易導致TOP開關(guān)損壞；過大則調(diào)整線性差。在實驗中取值為10kΩ（4）輸出回路N3、D10、C8、D11構(gòu)成輸出回路。肖特基勢壘整流二極管D10對高頻變壓器次級的高頻方波電壓進行整流，經(jīng)低ESR值的電解電容濾波及雙向瞬態(tài)電壓抑制二極管D11削峰穩(wěn)壓后，提供給負載電路。R7既可改善電源本身的輸出阻抗，又能小幅度地調(diào)整輸出電壓的范圍，同時又可在電源空載時為電容C8提供放電回路。R7取值為430Ω。TOP包括10部分，其中Zc為控制端的動態(tài)阻抗，RE是誤差電壓檢測電阻。RA與CA構(gòu)成截止頻率為7kHz的低通濾波器。主要特點是：（1）前沿消隱設計，延遲了次級整流二級管反向恢復產(chǎn)生的尖峰電流沖擊；（2）自動重起動功能，以典型值為5％的自動重起動占空比接通和關(guān)斷；（3）低電磁干擾性（EMI），TOP系列器件采用了與外殼的源極相連，使金屬底座及散熱器的dv/dt=0，從而降低了電壓型控制方式與逐周期峰值電流限制;（4）電壓型控制方式與逐周期峰值電流限制。下面簡要敘述一下：（1）控制電壓源控制電壓Uc能向并聯(lián)調(diào)整器和門驅(qū)動極提供偏置電壓，而控制端電流Ic則能調(diào)節(jié)占空比?？刂贫说目傠娙萦肅t表示，由它決定自動重起動的定時，同時控制環(huán)路的補償，Uc有兩種工作模式，一種是滯后調(diào)節(jié)，用于起動和過載兩種情況，具有延遲控制作用；另一種是并聯(lián)調(diào)節(jié)，用于分離誤差信號與控制電路的高壓電流源。剛起動電路時由DC極之間的高壓電流源提供控制端電流Ic，以便給控制電路供電并對Ct充電。（2）帶隙基準電壓源帶隙基準電壓源除向內(nèi)部提供各種基準電壓之外，還產(chǎn)生一個具有溫度補償并可調(diào)整的電流源，以保證精確設定振蕩器頻率和門極驅(qū)動電流。（3）振蕩器內(nèi)部振蕩電容是在設定的上、下閾值UH、UL之間周期性地線性充放電，以產(chǎn)生脈寬調(diào)制器所需要的鋸齒波（SAW），與此同時還產(chǎn)生最大占空比信號(Dmax)和時鐘信號(CLOCK)。為減小電磁干擾，提高電源效率，振蕩頻率（即開關(guān)頻率）設計為100kHz，脈沖波形的占空比設定為D。（7）過流保護電路過流比較器的反相輸入端接閾值電壓ULIMIT，同相輸入端接MOSFET管的漏極。此外，芯片還具有初始輸入電流限制功能。剛通電時可將整流后的直流限制在0.6A或0.75A。（8）過熱保護電路當芯片結(jié)溫TJ>135℃時，過熱保護電路就輸出高電平，將觸發(fā)器Ⅱ置位，Q=1，Q=0，關(guān)斷輸出級。此時進入滯后調(diào)節(jié)模式，Uc端波形也變成幅度為4.7V～5.7V的鋸齒波。若要重新起動電路，需斷電后再接通電源開關(guān)；或者將控制端電壓降至3.3V以下，達到Uc(reset)值，再利用上電復位電路將觸發(fā)器Ⅱ置零，使MOSFET恢復正常工作。（9）關(guān)斷/自起動電路一旦調(diào)節(jié)失控，關(guān)斷/自動重起動電路立即使芯片在5％占空比下工作，同時切斷從外部流入C端的電流，Uc再次進入滯后調(diào)節(jié)模式。倘若故障己排除，Uc又回到并聯(lián)調(diào)節(jié)模式，自動重新起動電源恢復正常工作。自動重起動的頻率為1.2Hz。（10）高壓電流源在起動或滯后調(diào)節(jié)模式下，高壓電流源經(jīng)過電子開關(guān)S1給內(nèi)部電路提供偏置，并且對Ct進行充電。電源正常工作時S1改接內(nèi)部電源，將高壓電流源關(guān)斷。當TOP開關(guān)起動操作時，在控制端環(huán)路振蕩電路的控制下，漏極端有電流流入芯片，提供開環(huán)輸入。該輸入通過旁路調(diào)整器、誤差放大器時，由控制端進行閉環(huán)調(diào)整，改變Ir，經(jīng)由PWM控制MOSFET的輸出占空比，最后達到動態(tài)平衡。TOP開關(guān)內(nèi)部工作原理框圖高頻變壓器的參數(shù)設計輸入電壓為AC85-265V(50Hz)；工作頻率為100KHz；輸出電壓為12V，輸出電流為2.5A；電源效率為90%。設損耗分配系數(shù)為Z=0.5（一次側(cè)與二次側(cè)損耗各占50%）：（1）根據(jù)V1、P0值來確定輸入濾波電容C3的容量、直流輸入電壓最小值V1（min）查表可知：C3=2*90uF=180uFv/VP0/W比例系數(shù)/(uF/W)Cin/UfV1(min)/V通用輸入：85-265已知2-3（1-3）P0>=90根據(jù)輸入電壓V，確定一次感應電壓Vor和鉗位二極管反向擊穿電壓Vb(V)查右表可知：Vor=135V,Vb=200V,由Vb的值選用P6KE200瞬態(tài)電壓抑制器高頻變壓器的一次電感量Lp通過查表，可計算出Lp=628uH可選擇EE30磁芯，磁芯長度A=30mm，Ae=115mm^2,窗口面積Be=52.9mm^2.v/V一次感應電壓Vor/V鉗位二極管反向擊穿電壓Vb/V固定輸入：100/1156090固定輸入：200/260135200通用輸入：85-265100-135200確定高頻變壓器的匝數(shù)（1）計算次級隔離輸出繞組匝數(shù)N3：已知V=85-265V，Vo=12V,考慮到肖特基二極管還有最大正向?qū)妷?.8V。當V=85-265V是，首先取N3的初始值為0.5匝/V，計算出次級繞組匝數(shù)N3為

N3=0.5(Vo+Vfm)=0.5*(12+0.8)=7匝（2）計算初級繞組N1：

N1=N3*[Vor/(Vo+Vfm)]=7*60/(12+0.8)=35匝

（3）計算反饋繞組N2：N2=N3*(Vfb+Vf2)/(Vo+Vf1)=7*(27.7+0.7)/(12+0.4)=15匝輸出整流濾波電路的設計輸出整流濾波電路由整流二極管和濾波電容構(gòu)成。輸出整流二極管的開關(guān)損耗占系統(tǒng)損耗的1／6到1／5，是影響開關(guān)電源效率的主要因素，它包括正向?qū)〒p耗和反向恢復損耗。由于肖特基二極管導通時正向壓降較低，因此其具有很低的正向?qū)〒p耗。此外，肖特基二極管反向恢復時問短，在降低反向恢復損耗以及消除輸出電壓中的紋波方面有明顯的性能優(yōu)勢，所以選用肖特基二極管作為整流二極管。選取的原則是根據(jù)最大反向峰值電壓。次級繞組的反向峰值電壓Vsm式中，Vs