基于TOP244Y的開關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、1.開關(guān)電源感念1.1開關(guān)電源就是用通過電路控制開關(guān)管進(jìn)行高速的道通與截止。將直流電轉(zhuǎn)化為高頻的交流電提供給變壓器進(jìn)行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓，轉(zhuǎn)化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50hz高很多，所以開關(guān)變壓可以做的很小，而且工作時(shí)不是很熱，成本很低。如果不將50hz變?yōu)楦哳l開關(guān)就沒有意義，開關(guān)變壓也不神秘，就是一個(gè)普通的變壓器。這就是開關(guān)電源。*簡單地說，開關(guān)電源的工作原理是：*1、交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流；*2、通過高頻pwm（脈沖寬度調(diào)制）信號(hào)控制開關(guān)管，將那個(gè)直流加到開關(guān)變壓器初級(jí)上；*3、開關(guān)變壓器次級(jí)感應(yīng)出高頻電壓，經(jīng)整流濾波供給負(fù)載；*4、

2、輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路，控制pwm占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。1.2開關(guān)電源自20世紀(jì)70年代開始應(yīng)用以來，涌現(xiàn)出許多功能完備的集成控制電路，使開關(guān)電源電路日益簡化，工作頻率不斷提高，效率大大提高，并為電源小型化提供了廣闊的前景。我司采用的top244y是將pwm控制器與功率開關(guān)場效應(yīng)管合二為一封裝在一起，可使用電路大為簡化，體積進(jìn)一步縮小，成本也明顯降低。top 244y開關(guān)電源的基本原理：封裝形式*漏極管腳（d）：高壓功率場效應(yīng)管漏極輸出。*控制管腳（c）：用于調(diào)節(jié)占空比的誤差放大器。*源極管腳（s）：將其連接至輸出場效應(yīng)管源極可得到高壓功率回饋。*l：為輸入電壓的欠壓與過

3、壓檢測端。*f：開關(guān)頻率選擇端，當(dāng)f端接到源極時(shí)，其開關(guān)頻率為132khz，而當(dāng)f端接到控制端時(shí)，其開關(guān)頻率為66khz。我司頻率為132khz。*x：外部電路流定調(diào)整端。在x端與源極之間接入不同的電阻，則開關(guān)電流可限定在不同的數(shù)值。若r=12k，則流過開關(guān)的電流被設(shè)定為額定值的69%；若r1=6k，則為額定值的90%；也就是說，隨著電阻值的增大，開關(guān)允許流過的電流隨之減小。*若在l端與輸入電壓正端接入2m的電阻，那么其：欠壓保護(hù)值為：vuv=100vdc過壓保護(hù)值為：vou=450vdc*產(chǎn)品主要有如下性能特點(diǎn)：輸出功率250w；外圍電路簡單，成本低；在極低壓或沖情況下能充分集成軟啟動(dòng)；外部

4、可編程精確電流限制的高效率，低成本設(shè)計(jì)和功率可限電路；線性欠壓保護(hù)，無關(guān)斷干擾。1.3 top 24x系列開關(guān)電源芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)*芯片內(nèi)部工作原理：1、電源啟動(dòng)時(shí)，連接在漏極和源極之間的內(nèi)部高壓電流向控制極充電，在rs兩端產(chǎn)生壓降，經(jīng)rc濾波后，輸入到pwm比較器的同相端，與振蕩器產(chǎn)生的鋸齒濾電壓相比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)并驅(qū)動(dòng)mosfet管，因而可通過控制極外接的電容充電過程來實(shí)現(xiàn)電路的軟啟動(dòng)。當(dāng)控制極電壓uc達(dá)到5.8v時(shí)，內(nèi)部高壓電流源關(guān)閉，此時(shí)由反饋控制電流向uc供電。2、在正常工作階段由外界電路構(gòu)成電壓負(fù)反饋控制環(huán)，調(diào)節(jié)輸出級(jí)mosfet的占空比以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，uc升高，

5、采樣電阻rs上的誤差電壓亦升高。而在鋸齒波比較后，將使輸出電壓的占空比減小，從而使開關(guān)電源的電壓減小。當(dāng)控制極電壓低于4.8v時(shí)，mosfet管關(guān)閉，控制電路處于小電流等待狀態(tài)，內(nèi)部高壓電流源重新接通并向uc充電，其關(guān)斷/自動(dòng)復(fù)位滯回比較器可使uc保持在4.85.8v之間。當(dāng)開關(guān)電源的負(fù)載很輕時(shí)，能自動(dòng)將開關(guān)頻率從132khz降低到30khz（半頻模式下則由66khz降至15khz），可降低開關(guān)損耗，進(jìn)一步提高電源效率。3、由于topswitch集成度高，設(shè)計(jì)工作主要對(duì)外圍電路進(jìn)行：外圍電路可分為輸入整流濾波電路/鉗位保護(hù)電路/變壓器/輸出整流濾波電路及反饋電路5部分。*top 244y開關(guān)電

6、源芯片的典型應(yīng)用：1.4反激式高頻變壓器的設(shè)計(jì)此開關(guān)電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一是變壓器的設(shè)計(jì)。在此電路中，變壓器不是真正意義上的變壓器，而更多的是一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置。變壓器的能量變化過程為：當(dāng)top開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電容兩端的電壓加到反激變壓器的一次側(cè)，流過一次側(cè)繞組的電流線性增加。開關(guān)管導(dǎo)通的瞬間變壓器二次側(cè)電流不為零，然而磁心內(nèi)的能量不能突變，故一次側(cè)電流躍變?yōu)槎蝹?cè)電流的1/k（k為變壓器變化），變壓器儲(chǔ)存能量；當(dāng)top開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感一次側(cè)電流由于沒有回路。此時(shí)，穩(wěn)壓管的擊穿電壓因高于一次側(cè)的感應(yīng)電勢(shì)而截止而突變?yōu)榱?。變壓器通過二次側(cè)續(xù)流，二次側(cè)電流為top開關(guān)管關(guān)斷時(shí)一側(cè)電流的k倍，二次側(cè)繞組通

7、過二極管對(duì)電容充電，此后，流過變壓器二次儩 電流線性下降。由上述開關(guān)過程分析得出：一次側(cè)電流和二次側(cè)電流不是同時(shí)流動(dòng)的。因此它更多地被認(rèn)為是一個(gè)帶有二次側(cè)繞組的電感。2.基于top的電路設(shè)計(jì)2.1輸入整流濾波電路設(shè)計(jì) 整流濾波電路包括輸入交流濾波、整流、電容穩(wěn)壓三部分。交流濾波可使用技術(shù)成熟的pi濾波電路，具體參數(shù)推薦如下：去除關(guān)模干擾的c301和c303為0.1f/400v；去除共模干擾的c302、c304為2200pf/400v；采取雙線并繞，整流電路選擇導(dǎo)通時(shí)間盡可能短，滿足電流閾值的整流橋。2.2變壓器設(shè)計(jì) *由于該電源的輸出功率較大，因此高頻變壓器的漏感應(yīng)盡量小，一般應(yīng)選用能夠滿足1

8、32khz開關(guān)頻率的錳鋅鐵氧體，為便于繞制，磁芯形狀可選用ei或ee型，變壓器的初、次級(jí)繞組應(yīng)相間繞制。 *高頻變壓器的設(shè)計(jì)由于要考慮大量的相互關(guān)聯(lián)變量，因此計(jì)算較為復(fù)雜，為減輕設(shè)計(jì)者的工作量，美國功率公司為topswitch開關(guān)電源的高頻變壓器設(shè)計(jì)了一套軟件，主要用這套軟件設(shè)計(jì)變壓器。2.3鉗位保護(hù)電路 *每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，topswitch的關(guān)斷將導(dǎo)致變壓器漏感產(chǎn)生尖峰電壓。d302和d303構(gòu)成的鉗位電路防止了此電壓對(duì)topswitch的損壞，d302和d303的選擇由反射電壓ror決定。vor推薦值135v，d302鉗位電壓vclo可由以驗(yàn)公式vclo=1.5vor得出，d303的耐壓值

9、應(yīng)大于vmax并選擇快恢復(fù)二極管。本設(shè)計(jì)中穩(wěn)壓管選用p6ke200，二極管選用byv26c。 *由于p6ke200上并聯(lián)r302和c307，在正常工作時(shí)，r302幾乎承擔(dān)了所有的泄放能量，而在啟動(dòng)或超載的情況下，p6e200又限制了尖峰電壓不超過top中mosfet管的安全電壓。2.4反饋電路設(shè)計(jì) *反饋回路的形式依據(jù)輸出電壓精度而決定，本方案使用的“光耦+tl430”可以把輸出電壓精度控制在1%。電壓反饋信號(hào)經(jīng)分壓網(wǎng)絡(luò)（r326，r317）引入tl431的ref端，獲得取樣電壓后，將與tl431中的2.5v基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較并輸出誤差電壓，然后通過光耦改變top244的控制端電流ic，再通過改

10、變占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓u使其光耦（pc817）工作在線性狀態(tài)，起隔離作用。r303，c308構(gòu)成的尖峰電壓經(jīng)濾波后可使偏置電壓，即使在負(fù)載較重時(shí)，也能保持穩(wěn)定。2.5輸出整流濾波電路設(shè)計(jì)*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)的五分之一到六分之一，是影響開關(guān)電流效率的主要因素，包括：正向?qū)〒p耗和反向恢復(fù)損耗。由于肖特基二極管導(dǎo)通時(shí)正向壓降較低，因此具有更低的正向?qū)〒p耗。此外，肖特基二極管反向恢復(fù)時(shí)間短，在降低反向恢復(fù)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(shì)。*輸出整流濾波電路由整流二極管和濾波電容構(gòu)成。整流二極管選用肖特基二極管可降低損耗并消除輸出電壓的紋波，但肖特基二極管應(yīng)加上功率較大的散熱器；電