畢業(yè)論文--20W小功率開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、20w小功率開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)2012年5月20w小功率開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)the design of 20w low-power switching power supply摘要開(kāi)關(guān)電源具有功耗小，效率高，穩(wěn)壓范圍廣，體積小等突出優(yōu)點(diǎn)，在 通信設(shè)備數(shù)控裝置，儀表儀器影音設(shè)備，家用電器等電子電路中得到廣泛應(yīng) 用。top系列電源為美國(guó)power integration公司生產(chǎn)的集成開(kāi)關(guān)電源，只 有集成度高，性?xún)r(jià)比高，外圍電路簡(jiǎn)單，性能指標(biāo)佳以及能構(gòu)成高效率無(wú)工 頻變壓器的隔離式開(kāi)關(guān)電源等優(yōu)點(diǎn)。目前已成為國(guó)際上開(kāi)發(fā)中、小功率開(kāi)關(guān) 電源，精密開(kāi)關(guān)電源及電源模板的優(yōu)選集成電路。木論文主要有以下內(nèi)容：介紹開(kāi)關(guān)電源

2、的發(fā)展史、分類(lèi)及發(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)關(guān)電源常用的兒種 控制方法。為研究的論題一基于反激式變換器的開(kāi)關(guān)電源研究作鋪墊。最后 講述了木課題的研宄意義和工作內(nèi)容。介紹反激式開(kāi)關(guān)電源的工作原理以及top223y芯片。設(shè)計(jì)了基于top223y芯片的單端反激式開(kāi)關(guān)電源。根據(jù)top223y 的特性給出了單端反激式開(kāi)關(guān)電源的工程設(shè)計(jì)方法。對(duì)外圍電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行 了分析和討論。對(duì)給出的具體實(shí)例電路進(jìn)行仿真測(cè)試研宄，得出結(jié)論并加以分析。關(guān)鍵詞:開(kāi)關(guān)電源top223y脈寬調(diào)制單端反激式abstractswitching power supply with low consumption，high efficiency, wi

3、de voltage， small advantage in communication equipment，cnc equipment，instrument audio equipment，household appliances，etc widely applied in electronic circuits.top u.s- power supply for series of integrated production company need to switch power，has high integration，cost-effective，outer circuit is s

4、imple， performance and can form no better efficiency of the isolated transformer switch power supply，etc. at present has become the international development of small power switch power supply，switching power supply，selection of template and integrated circuits.this paper has the following content:(

5、1) describes the development history，classification and development trend of switching power supply, switching power supply commonly used control methods. for the study of topic-based on the research of switching power supply for flyback converter bedding. finally describes the significance of the s

6、ubject and content of work.(2) introduced the working principle and top223y of flyback switching power supply chips.(3) design based on single-end flyback switching power supply for top223y chip. according to the characteristics of top223y gives single-end flyback switching power supply design. anal

7、ysis and discussion on periphery circuit design.(4) to give specific examples of circuits simulation test study concluded and analysis.key words： switching power supply top223y pulse-width modulation single-end flyback觀iabstractii觀11開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)及原理31.1開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)31. 1. 1單端反激式幵關(guān)電源31. 1.2單端正激式幵關(guān)電源41. 1.3自激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)

8、壓電源41. 1.4推挽式開(kāi)關(guān)電源51. 1.5降壓式開(kāi)關(guān)電源61. 1.6升壓式開(kāi)關(guān)電源61. 1.7反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源71.2開(kāi)關(guān)電源的基木組成和原理71. 3pwm的基木工作方式及原理82 topswitch ii 芯片介紹102.1 top switch-ii 系列的特點(diǎn)102.2 top switch-ii 結(jié)構(gòu)組成112.3 top switch-ii芯片的工作原理133基于t0p223y開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)153. 1技術(shù)指標(biāo)和性能要求153. 2選擇topswitch芯片的型號(hào)153. 3t0p223y的主要性能特點(diǎn)和元件選擇153. 3. 1t0p223y 性能特點(diǎn)153. 3. 2

9、線性光耦合器pc817173. 3. 3 可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器tl431183.4開(kāi)關(guān)電源的電路設(shè)計(jì)193.4. 1基于t0p223y開(kāi)關(guān)電源原理圖193.4.2 輸入整流濾波電路193.4.3 高頻變壓器的設(shè)計(jì)203.4.4鉗壓齊納管（vr）和阻斷二極管（vd）的選擇223.4.5 輸出整流電路的設(shè)計(jì)223. 4. 6反饋電路的設(shè)計(jì)23開(kāi)關(guān)電源干擾的產(chǎn)生及其抑制233.5. 1開(kāi)關(guān)電源干擾產(chǎn)生的機(jī)理233.5.2對(duì)于開(kāi)關(guān)電源干擾的一些抑制措施25賤27su射28參考文獻(xiàn)29隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān) 系tl益密切，而電子設(shè)備都離不幵可靠的電源，進(jìn)入80年代

10、計(jì)算機(jī)電源全 面實(shí)現(xiàn)了幵關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開(kāi)關(guān)電源 相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、 控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開(kāi)關(guān)電源，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅速 發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制幵關(guān)晶體管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí) 間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（pwm） 控制1c和mosfet構(gòu)成。開(kāi)關(guān)電源和線性電源相比，二者的成木都隨著輸出 功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。線性電源成木在某一輸出功率點(diǎn) 上，反而高于開(kāi)關(guān)電源，這一成木反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新, 使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)

11、新，這一成木反轉(zhuǎn)點(diǎn)h益向低輸出電力端移 動(dòng)，這為幵關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。1955年美國(guó)羅耶（gh. roger）發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流 變換器，是實(shí)現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開(kāi)端，1957年美國(guó)查賽（jensen）發(fā)明 了自激式推挽雙變壓器，1964年美國(guó)科學(xué)家們提岀取消工頻變壓器的串聯(lián)開(kāi) 關(guān)電源的設(shè)想，這對(duì)電源向體積和重量的下降獲得了一條根木的途徑。到了 1969年由于大功率硅晶體管的耐壓提高，二極管反向恢復(fù)時(shí)間的縮短等元器 件改善，終于做成了 25khz的開(kāi)關(guān)電源。目前，開(kāi)關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算 機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子

12、設(shè)備，是當(dāng)今電子信 息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。目前市場(chǎng)上出售的幵關(guān)電源中釆 用雙極性晶體管制成的100khz、用mos-fet制成的500khz電源，雖己實(shí)用 化，但其頻率有待進(jìn)一步提高。要提高幵關(guān)頻率，就要減少開(kāi)關(guān)損耗，而要 減少開(kāi)關(guān)損耗，就需要有高速開(kāi)關(guān)元器件。然而，幵關(guān)速度提高后，會(huì)受電 路中分布電感和電容或二極管中存儲(chǔ)電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣， 不僅會(huì)影響周?chē)娮釉O(shè)備，還會(huì)大大降低電源木身的可靠性。其中，為防止 隨開(kāi)關(guān)啟-閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用r-c或l-c緩沖器，而對(duì)由二極管 存儲(chǔ)電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。不過(guò)，對(duì) 1mhz以上的高頻

13、，要采用諧振電路，以使幵關(guān)上的電壓或通過(guò)幵關(guān)的電流呈 正弦波，這樣既可減少開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)也可控制浪涌的發(fā)生。這種開(kāi)關(guān)方式 稱(chēng)為諧振式開(kāi)關(guān)。目前對(duì)這種開(kāi)關(guān)電源的研究很活躍，因?yàn)椴捎眠@種方式不 需要大幅度提高開(kāi)關(guān)速度就可以在理論上把幵關(guān)損耗降到零，而且噪聲也 小，可望成為開(kāi)關(guān)電源高頻化的一種主要方式。當(dāng)前，世界上許多國(guó)家都在 致力于數(shù)兆hz的變換器的實(shí)用化研究。開(kāi)關(guān)電源體積小、效率高，被普為高效節(jié)能電源，現(xiàn)己成為穩(wěn)壓電源的 主導(dǎo)產(chǎn)品。當(dāng)今開(kāi)關(guān)電源正向著集成化、智能化的方向發(fā)展。高度集成、功 能強(qiáng)大的幵關(guān)型穩(wěn)壓電源代表著幵關(guān)電源發(fā)展的主流方向。木論文主要圍繞 當(dāng)前流行的集成開(kāi)關(guān)電源芯片進(jìn)行小功率開(kāi)關(guān)

14、型穩(wěn)壓電源特性的研宄。單片開(kāi)關(guān)電源克服了以往開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中外圍元件和輔助電路復(fù)雜等 問(wèn)題，有力地促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源的高效化、模塊化和集成化。木文采用t0p223y 研制了一款單片開(kāi)關(guān)電源，論文給出了外圍電路各部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)方法，并 進(jìn)行了參數(shù)計(jì)算，通過(guò)實(shí)測(cè)結(jié)果分析，驗(yàn)證了理論的可行性。具有較強(qiáng)的適 用性。木文主要內(nèi)容如下：根據(jù)幵關(guān)型穩(wěn)壓電源采用全控型電力電子器件作為幵關(guān)，利用控制開(kāi)關(guān) 的占空比來(lái)調(diào)整輸出電壓，具有體積小、重量輕、噪音小，以及可靠性高等 新型電源特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并制作出一種額定輸出功率為20w的小功率單輸出開(kāi)關(guān) 電源。木設(shè)計(jì)的交流輸入電壓范圍是ac85v265v,該電源能同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸入欠 壓

15、保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)等功能。主要釆用t0p223y、pc817、tl431等專(zhuān)用芯片以 及其他的電路元件相配合來(lái)完成。1開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)及原理1.1開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)方法有多種。按驅(qū)動(dòng)方式來(lái)分可分為自激式和它激式。 自激式開(kāi)關(guān)電源由幵關(guān)管和高頻變壓器構(gòu)成正反饋環(huán)路來(lái)完成自激振蕩，它 激式幵關(guān)穩(wěn)壓電源必須附加一個(gè)振蕩器，振蕩器產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)脈沖加在幵關(guān)管 上，控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和截止；按殲關(guān)管的個(gè)數(shù)及連接方式可分為單端式、 推挽式、半橋式和全橋式等。單端式僅用一個(gè)幵關(guān)管，推挽式和半橋式采用 兩個(gè)幵關(guān)管，全橋式則采用四個(gè)開(kāi)關(guān)管；按開(kāi)關(guān)管的連接方式可分為串聯(lián)型 與并聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源。串聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源的幵關(guān)管是

16、串聯(lián)在輸入電壓與輸出負(fù)載 之間的，屬于降壓式穩(wěn)壓電路，而并聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源的幵關(guān)管是與輸出負(fù)載相 并聯(lián)的，屬于升壓式電路；此外，還可分為隔離與非隔離型，調(diào)頻、調(diào)幅及 兩者混合型等。1.1.1單端反激式開(kāi)關(guān)電源單端反激式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖1-1所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)管vt1導(dǎo)通時(shí)， 高頻變壓器t初級(jí)繞組的感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，整流二極管vd1處于截止?fàn)?態(tài)，副邊上沒(méi)有電流通過(guò)，能量?jī)?chǔ)存在高頻變壓器的初級(jí)繞組中。當(dāng)幵關(guān)管 vt1截止時(shí)，變壓器t副邊上的電壓極性顛倒，使初級(jí)繞組中存儲(chǔ)的能量通 過(guò)vd1整流和電容c濾波后向負(fù)載輸出。ui幾vd1u0=卜 c圖卜1單端反激式開(kāi)關(guān)電源單端反激式開(kāi)關(guān)電源電路簡(jiǎn)單、所用元

17、件少，輸出與輸入間有電氣隔離， 能方便的實(shí)現(xiàn)單路或多路輸出。并且開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，可通過(guò)改變高頻變 壓器的原、副邊繞組匝數(shù)比使占空比保持在最佳范圍內(nèi)，具有較好的電壓調(diào) 整率。其輸岀功率為20100w,工作頻率在20200khz之間，是開(kāi)關(guān)電源 設(shè)計(jì)中最常用的一種拓?fù)浞绞?。但是，它也有一定的缺點(diǎn)，如幵關(guān)管截止止 期間所受反向電壓較高，導(dǎo)通期間流過(guò)開(kāi)關(guān)管的峰值電流較大等。不過(guò)， 這些可以通過(guò)選用高耐壓、大電流的高速功率器件，在輸入和輸出端加濾波 電路等措施加以解決。1.1.2單端正激式開(kāi)關(guān)電源單端正激式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖1-2所示。它與單端反激式電路在 形式上相似，但工作情形不同。當(dāng)開(kāi)關(guān)管vt

18、1導(dǎo)通時(shí)，vd2也導(dǎo)通，這時(shí)電 網(wǎng)向負(fù)載傳送能量，濾波電感l(wèi)儲(chǔ)存能量：當(dāng)幵關(guān)管vt1截止時(shí)，電感l(wèi)通 過(guò)續(xù)流二極管vd3繼續(xù)向負(fù)載釋放能量。在電路中還設(shè)有鉗位線圈與二極管vd1,它可以將開(kāi)關(guān)管vt1的最高電 壓限制在兩倍電源電壓之間。電路中脈沖的占空比不能大于50%。由于這種 電路在開(kāi)關(guān)管vt1導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)變壓器向負(fù)載傳送能量，所以輸出功率范圍 大，可輸出50200w的功率。但變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積也較大。因此，實(shí) 際應(yīng)用并不多。vb2 l圖1-2單端正激式開(kāi)關(guān)電源 1.1.3自激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源自激式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖1-3所示。接入電源后r1給開(kāi)關(guān)管vt1提供啟動(dòng)電流，使vt1導(dǎo)通，其集電

19、極電流ic在l1中線性增長(zhǎng)，在l2中 感應(yīng)出使vt1基極為正，發(fā)射極為負(fù)的正反饋電壓，使vt1很快飽和。同時(shí)， 感應(yīng)電壓給c1充電。隨著c1充電電壓的增高，vt1基極電位逐漸變低并退 出飽和區(qū)，ic減小，在l2中感應(yīng)岀使vt1基極為負(fù)、發(fā)射極為正的電壓， 使vt1迅速截止，這時(shí)二極管vd1導(dǎo)通，高頻變壓器t初級(jí)繞組中的儲(chǔ)能釋 放給負(fù)載。在vt1截止時(shí)，l2中沒(méi)有感應(yīng)電壓，直流供電輸入電壓又經(jīng)r1 給c1反向充電，逐漸提高vt1基極電位，使其重新導(dǎo)通，再次達(dá)到飽和狀 態(tài)，電路就這樣重復(fù)振蕩下去。像單端反激式幵關(guān)電源那樣，由變壓器t的 次級(jí)繞組向負(fù)載輸岀所需的電壓。自激式開(kāi)關(guān)電源中的幵關(guān)管起著開(kāi)關(guān)

20、及振蕩的雙重作用，也省去了控制 電路。電路中由于負(fù)載位于變壓器的次級(jí)且工作在反激狀態(tài)，具有輸入和輸 出相互隔離的優(yōu)點(diǎn)。這種電路不僅適用于大功率電源，亦適用于小功率電源。圖1-3自激式開(kāi)關(guān)電源1.1.4推挽式開(kāi)關(guān)電源推挽式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖1-4所示。它屬于雙端式變換電路，使 用兩個(gè)開(kāi)關(guān)管vt1和vt2,在外激勵(lì)方波信號(hào)的控制下交替導(dǎo)通與截止，在 變壓器t次級(jí)繞組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷?。這種 電路的優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)幵關(guān)管容易驅(qū)動(dòng)，缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)管的耐壓要達(dá)到兩倍電路峰 值電壓。電路的輸出功率較大，一般在100500w范圍內(nèi)。vt2t vd1c牛klouovd2圖1-4推挽式開(kāi)關(guān)電

21、源1.1.5降壓式開(kāi)關(guān)電源ljut. 2飾降壓式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖1-5所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)管vt1導(dǎo)通時(shí)，二極 管vd1截止，輸入的整流電壓經(jīng)vt1和l向c充電，這一電流使電感l(wèi)中的 儲(chǔ)能增加。當(dāng)開(kāi)關(guān)管vt1截止時(shí)，電感l(wèi)感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，經(jīng)負(fù)載rl 和續(xù)流二極管vd1釋放電感l(wèi)中存儲(chǔ)的能量，維持輸出直流電壓不變。電路 輸出直流電壓的高低由加在vt1基極上的脈沖寬度確定。vt1-t-ui圖1-5降壓式開(kāi)關(guān)電源1.1.6升壓式開(kāi)關(guān)電源升壓式開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)壓電路如圖1-6所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)管vt1導(dǎo)通時(shí)，電感 l儲(chǔ)存能量。當(dāng)開(kāi)關(guān)管vt1截止時(shí)，電感l(wèi)感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，該電壓 疊加在輸人電壓上，經(jīng)二極

22、管vd1向負(fù)載供電，使輸出電壓大于輸人電壓，形成升壓式開(kāi)關(guān)電源mou0羞ko禮vtl c =rllvd1圖1-6 升壓式開(kāi)關(guān)電源1.1.7升降壓式開(kāi)關(guān)電源升降壓式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖1-7所示。無(wú)論開(kāi)關(guān)管vt1之前的脈 動(dòng)直流電壓高于或低于輸出端的穩(wěn)定電壓，電路均能正常工作。當(dāng)開(kāi)關(guān)管vt1 導(dǎo)通時(shí)，電感l(wèi)儲(chǔ)存能量，二極管vd1截止，負(fù)載rl靠電容c上次的充電 電荷供電。當(dāng)開(kāi)關(guān)管vt1截止時(shí)，電感l(wèi)中的電流繼續(xù)流通，并感應(yīng)出上負(fù) 下正的電壓，經(jīng)二極管vd1向負(fù)載供電，同時(shí)給電容c充電。降壓式、升壓 式、升降壓式開(kāi)關(guān)電源的高壓輸出電路與副邊輸出電路之間沒(méi)有絕緣隔離， 統(tǒng)稱(chēng)為斬波型直流變換器。vt

23、1vd1圖1-7 升降壓式開(kāi)關(guān)電源1.2開(kāi)關(guān)電源的基本組成和原理開(kāi)關(guān)電源由整流濾波電路、功率轉(zhuǎn)換電路、高頻變壓器、輸出整流濾波 電路及控制電路等部分組成。其中，控制電路乂包括取樣器、基準(zhǔn)電壓、比 較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路組成。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的電路原理框圖如圖1-8所示：dcac輸入整功率轉(zhuǎn)高頻變 輸岀整流濾波 換電路 一壓器流濾波一脈寬比較 取樣調(diào)制 器 器振蕩器 震準(zhǔn)電圖1-8 開(kāi)關(guān)電源的原理框圖首先，交流電經(jīng)輸入部分整流電路和濾波電路整流濾波后，變成含有一 定脈動(dòng)成份的直流電。然后，該直流電又通過(guò)功率轉(zhuǎn)換電路進(jìn)人高頻變壓器 被轉(zhuǎn)換成所需的電壓值，最后再將這個(gè)電壓經(jīng)輸出部分整流濾

24、波電路的整 流、濾波后變?yōu)樗枰闹绷麟姽┙o用電設(shè)備。這中間，電源的穩(wěn)壓是靠反 饋控制電路（控制電路用來(lái)調(diào)整高頻開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)時(shí)間比例，以達(dá)到電壓 的穩(wěn)定輸出）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。即：輸出電流經(jīng)取樣器送至比較器，使之與基準(zhǔn)電 壓電路中的電流相比較，然后由脈寬調(diào)制電路根據(jù)比較結(jié)果來(lái)進(jìn)行脈寬調(diào) 制，從而控制功率轉(zhuǎn)換電路中相應(yīng)功率輸出的大小，最后實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn) 定。目前，這部分電路目前己集成化，制成了各種開(kāi)關(guān)電源的專(zhuān)用集成電路。 1.3 pwm的基本工作方式及原理開(kāi)關(guān)電源有兩種基木形式：一種是脈沖寬度調(diào)制（pwm）其特點(diǎn)是固定 開(kāi)關(guān)的頻率。通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)調(diào)節(jié)占空比（d）;另一種是脈沖頻率調(diào)制 pfm,其

25、特征是固定脈沖寬度，利用改變幵關(guān)頻率的方法來(lái)調(diào)節(jié)占空比。二 者的電路不同單作用效果相同，均可達(dá)到穩(wěn)壓之目的，都屬于時(shí)間比率控制 方式trco脈寬調(diào)制式開(kāi)關(guān)電源的工作原理：交流220v輸入電壓經(jīng)過(guò)整流濾波電 路變成直流電壓，在由開(kāi)關(guān)功率管斬波和高頻電壓器降壓，得到高頻矩形波 電壓，經(jīng)整流濾波后獲得所需要的直流輸出電壓，脈寬調(diào)制器是這類(lèi)幵關(guān)電 源的核心，它能產(chǎn)生頻率固定而脈沖寬度可調(diào)的驅(qū)動(dòng)符號(hào)，控制開(kāi)關(guān)功率管 的通斷狀態(tài)，來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的高低達(dá)到穩(wěn)壓目的，鋸齒波發(fā)生器用于提供 穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率信號(hào)。利用誤差放大器和pwm比較器形成閉環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)，加 入由于某種原因是vo升高時(shí)脈寬調(diào)制器就改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的

26、脈沖寬度，亦即 改變占空比（d）,使斬波后的平均值電壓下降，導(dǎo)致vo降低，反之亦然。脈沖頻率調(diào)制式開(kāi)關(guān)電源則是用固定脈寬發(fā)生電路代替pwm中的鋸齒波 發(fā)生器，并且利用壓控振蕩器來(lái)完成v/f轉(zhuǎn)換。其穩(wěn)壓原理是：當(dāng)vo升高 時(shí)，遙控制器輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度入變窄而周期變短，使得占空比d下 降。vo降低，反之亦然。見(jiàn)圖1-9:1輸出圖1-9脈寬調(diào)制式開(kāi)關(guān)電源的工作原理2 top switch ii芯片介紹2. 1 topswitch ii系列的特點(diǎn)美國(guó)功率集成公司（pi公司）在1994年推出第一代top switch芯片， 1997年，美國(guó)功率集成公司又推山了 top switchll系列器件。t

27、opswitch- ii系列器件和top switch系列器件相比，內(nèi)電路作了許多改進(jìn)，器件對(duì)于 電路板布局以及輸入總線瞬變的敏感性大大減少，故設(shè)計(jì)更為方便，性能又 有了增強(qiáng)，性能價(jià)格比更高。與top switch系列器件相比，top switch-ii 系列器件在輸入電壓為100v、115v或230vac時(shí)，系統(tǒng)功率從（0100） w 提高到（0150） w,在三種電壓下均可工作時(shí)，系統(tǒng)的功率從（050） w 提高到（090） w,從而使得top switchll器件可在如電視、監(jiān)視器以及音 頻放大器等許多新的應(yīng)用范圍內(nèi)使用。top switch主要用于ac/dc轉(zhuǎn)換器，具有體積小，重量輕，

28、寬輸入范 圍（85v-265v）,提供了 pi expert專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，便于用戶(hù)更快地設(shè) 計(jì)出自已的產(chǎn)品。topswi tch- ii系列產(chǎn)品具有以下顯著特點(diǎn)：（1）將脈寬調(diào)制（pwm）控制系統(tǒng)的全部功能集成到三端芯片中。內(nèi)含脈 寬調(diào)制器、功率開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管（mosfet）、自動(dòng)偏值電路、保護(hù)電路、高壓?jiǎn)?動(dòng)電路和環(huán)路補(bǔ)償電路，通過(guò)高頻變壓器使輸出端與電網(wǎng)完全隔離，真正實(shí) 現(xiàn)了無(wú)工頻變壓器、隔離、反激式開(kāi)關(guān)電源的單片集成化，使用安全可靠。 由于采用cmos電路，使器件功耗顯著降低。它不需要外接大功率的過(guò)流檢 測(cè)電阻，外部也不必?fù)?dān)供啟動(dòng)時(shí)的偏值電流。（2）它屬于漏極開(kāi)路輸出并且利用電流來(lái)線性

29、調(diào)節(jié)占空比的ac/dc電 源變換器，即電流控制型幵關(guān)電源。（3）輸入交流電壓和頻率的范圍極寬。作固定電壓輸入時(shí)可選 110v/115v/230v交流電，允許變化±15%;在寬范圍電壓輸入時(shí)，適配85265v 交流電，但pom值要比前者降低40%,這是因?yàn)楹笳叩墓ぷ鳁l件更為苛刻， 必須對(duì)輸出功率加以限制。輸入頻率范圍是47440hzo以由t0p223y構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電源模塊為例，其電壓調(diào)整率（又稱(chēng)線性調(diào)整率）sv=±o. 7%,負(fù)載調(diào)整 率（亦稱(chēng)電流調(diào)整率）sl=±l. 1% （均為典型值）。若釆用光耦反饋式并且外接 由可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器tl431構(gòu)成的誤差放大器，則

30、sv、s1分別可以達(dá) 到 ±0. 2%。（4）topswitch-ii只有三個(gè)引出端，可以同三端線性集成穩(wěn)壓器相媲 美，能以最簡(jiǎn)方式構(gòu)成無(wú)工頻變壓器的反激式幵關(guān)電源。為完成多種控制、 偏值及保護(hù)功能，其控制端屬于多功能引出端，實(shí)現(xiàn)了一腳多用。它具有連 續(xù)和不連續(xù)兩種工作模式。反饋電路有4種基木類(lèi)型，能構(gòu)成各種普通型或 精密型開(kāi)關(guān)電源。（5）開(kāi)關(guān)頻率的典型值為100khz,允許范圍是9（tllokhz,占空比調(diào) 節(jié)范圍是1. 7%67%。（6）外圍電路簡(jiǎn)單，成木低廉。外部?jī)H需整流濾波器、高頻變壓器、 漏極鉗位保護(hù)電路、反饋電路和輸出電路。由topswitch-il構(gòu)成5w以上的 開(kāi)關(guān)電

31、源，在成木上可與相同功率的線性集成穩(wěn)壓電源相競(jìng)爭(zhēng)。（7）電源效率高。由于芯片木身功耗很低，電源效率可達(dá)80%左右，最 高能達(dá)到90%,因此被譽(yù)為“綠色”（節(jié)能型）電源。（8）若將它配以低壓差線性集成穩(wěn)壓器，則可構(gòu)成一種新型復(fù)合式開(kāi) 關(guān)電源，既保留了幵關(guān)電源體積小、效率高之優(yōu)點(diǎn)，又具有線性穩(wěn)壓電源穩(wěn) 定性好、紋波電壓低等優(yōu)良特性。此外，它還適配l4960/l4970a系列可調(diào) 式單片關(guān)式集成穩(wěn)壓器，組成電壓連續(xù)可調(diào)、大電流輸岀的復(fù)合式開(kāi)關(guān)電源。（9）采用這種芯片能夠降低幵關(guān)電源所產(chǎn)生的電磁干擾（emi）。（10）其工作溫度范圍是0'70°c,芯片最高結(jié)溫tjm=135°

32、;c。2. 2 topswitch- ii 結(jié)構(gòu)組成topswitch ii的內(nèi)部框圖如圖2-1所示，主要包括10個(gè)部分：（1）控制 電壓源；（2）帶隙基準(zhǔn)電壓源；（3）振蕩器；（4）并聯(lián)調(diào)整器/誤差放大器；（5）脈寬調(diào)制器；（6）門(mén)驅(qū)動(dòng)級(jí)和輸出級(jí)；（7）過(guò)流保護(hù)電路；（8）過(guò)熱保護(hù)及 上電復(fù)位電路；（9）關(guān)斷/自動(dòng)重啟動(dòng)電路；（10）高壓電流源。zc為控制端 的動(dòng)態(tài)阻抗；re為誤差電壓檢測(cè)電阻；ra與ca構(gòu)成截止頻率為7khz的低通濾波器。topswitch- ii的基木原理是利用反饋電流ic來(lái)調(diào)節(jié)占空比d，從所需的鋸齒波電壓。振蕩器設(shè)定為100khz固定頻率，用于開(kāi)關(guān)電源時(shí)，有 助于提高效

33、率和減少電磁干擾(emi)。(2) 脈沖寬度調(diào)制器(pwm):流入控制極的電流在電阻re兩端產(chǎn)生壓 降，經(jīng)rc濾波后，輸入到pwm控制器的同相端，與振蕩器輸出的鋸齒波電 壓相比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)。pwm控制器的輸出脈沖寬度與控制極電流ic 成反比，該信號(hào)驅(qū)動(dòng)mosfet管，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制。(3) 柵極驅(qū)動(dòng)電路：柵極驅(qū)動(dòng)電路按一定速率導(dǎo)通mosfet管，同時(shí)為 了提高精度，柵極驅(qū)動(dòng)電路還可以實(shí)現(xiàn)逐周電流限制。逐周電流限制電路釆 用mosfet管的導(dǎo)通電阻作為電流取樣電阻，限流比較器將mosfet管導(dǎo)通時(shí) 的漏源電壓vds (on)與設(shè)定的限流保護(hù)閾值作比較，當(dāng)vds (on)大于閾 值電壓時(shí)mo

34、sfet管關(guān)閉，直到下一個(gè)周期。(4) 誤差放大器：誤差放大器的同相端接5. 7v精密基準(zhǔn)電壓，反相端 接控制極反饋取樣電壓，誤差放大器的增益由控制極的動(dòng)態(tài)電阻zc決定。(5) 關(guān)閉/自動(dòng)重新啟動(dòng)功能：為了減少topswitch-ii芯片的功耗，當(dāng) 電路超過(guò)調(diào)整狀態(tài)時(shí)，關(guān)斷/自動(dòng)重新啟動(dòng)功能僅以5%的占空比接通和關(guān)斷 電源。(6) 保護(hù)電路及尖峰抑制電路：保護(hù)電路有欠壓保護(hù)電路、過(guò)流保護(hù) 電路和過(guò)熱保護(hù)電路。尖峰抑制電路用來(lái)防止比較器誤動(dòng)作。小散熱片在內(nèi) 部與s腳連接控制漏極。2. 3 topswitch- ii芯片的工作原理top switch芯片是一個(gè)自偏置、自保護(hù)的電流占空比線性控制轉(zhuǎn)換

35、器。 通常在控制極和源極之間，緊靠其管腳，并聯(lián)一個(gè)外部旁路電容。電源啟動(dòng) 時(shí)，連接在漏極和源極之間的內(nèi)部高壓電流源向控制極充電，在re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 波電壓相比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)并驅(qū)動(dòng)mosfet管，因而可通過(guò)控制極外 接的電容充電過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的軟啟動(dòng)。當(dāng)控制極電壓uc達(dá)到5. 7v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。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，釆樣電阻re上的誤差電壓亦升高。而在與鋸 齒波比較后，將使輸出電壓的占空

36、比減小，從而使開(kāi)關(guān)電源的電壓減小。當(dāng) 控制極電壓低于4. 7v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4.7v5.7v之間。自動(dòng)重啟電路具宥一個(gè)八分頻計(jì)數(shù)器，可以阻止輸 出級(jí)mosfet再次導(dǎo)通，直到八個(gè)放電一充電周期完成為止。因此，在自動(dòng) 重啟期間，占空比控制在5%左右可有效地限制芯片的功耗。自動(dòng)重啟動(dòng)電路 一直工作到uc進(jìn)入受控狀態(tài)為止。該電源的穩(wěn)壓原理簡(jiǎn)述如下：高頻變壓器初級(jí)繞組np的極性與次級(jí)繞 組ns、反饋繞組nf的極性相反。在topswitch導(dǎo)通時(shí)，次級(jí)整流管vd2截 止，此時(shí)電能以磁能量

37、形式存儲(chǔ)在初級(jí)繞組中；當(dāng)topswitch截止時(shí)，vd2 導(dǎo)通，能量傳輸給次級(jí)。高頻變壓器在電路中兼有能量存儲(chǔ)、隔離輸出和電 壓變換這三大功能。圖中，br為整流橋，cin為輸入端濾波電容，cout是輸 出端濾波電容。交流電壓經(jīng)過(guò)整流濾波后得到直流高壓，經(jīng)初級(jí)繞組加至 topswitch的漏極上。在功率mosfet關(guān)斷瞬間，高頻變壓器漏感會(huì)產(chǎn)生尖峰 電壓，另外在初級(jí)繞組上還會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓（即反向電動(dòng)勢(shì)）uor,兩者疊加 至內(nèi)部功率開(kāi)關(guān)管mosfet的漏極上，因此必須在漏極增加鉗位保護(hù)電路。 鉗位電路由瞬態(tài)電壓抑制器或穩(wěn)壓管vdz1和超快恢復(fù)二極管vd1組成。當(dāng) mosfet導(dǎo)通時(shí)，變壓器的初級(jí)極

38、性上端為正，下端為負(fù)，從而導(dǎo)致vd1截止， 因而鉗位電路不起作用。在mosfet截止瞬間，初級(jí)極性則變?yōu)樯县?fù)下正， 此時(shí)尖峰電壓就被vdz1吸收掉。反饋繞組電壓經(jīng)過(guò)vd3、cf整流濾波后獲得反饋電壓uf,經(jīng)光耦合器中 的光敏三極管給topswitch的控制端提供偏壓。ci是控制端c的旁路電容。 輸出電壓uo通過(guò)電阻rl、r2分壓，與tl431中的2. 5v基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較 后輸出誤差電壓，然后通過(guò)光耦去改變控制端電流。topswitch的占空比d 與1c （控制電流）成反比，是通過(guò)調(diào)節(jié)d來(lái)穩(wěn)定輸出電壓的。比如：當(dāng)某 種原因使uo減小，將導(dǎo)致uf減小，ic減小，進(jìn)而d增大，又使uo增大， 最終使

39、輸出電壓趨于穩(wěn)定，反之亦然。由此可見(jiàn)，反饋電路正是通過(guò)調(diào)節(jié) topswitch的占空比實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的。3基于t0p223丫開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)3.1技術(shù)指標(biāo)和性能要求小功率通用開(kāi)關(guān)電源應(yīng)具備小功率通用開(kāi)關(guān)電源紋波小、電壓低、效率 高、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)還應(yīng)實(shí)現(xiàn)欠壓、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱等電路 工作異常時(shí)的保護(hù)。具體技術(shù)指標(biāo)為如下：交流輸入電壓：220v （85v265v）;電網(wǎng)頻率：50hz;開(kāi)關(guān)電源頻率： lookhz；額定輸出功率：20w；負(fù)載調(diào)整率si: -4%+4%;電源效率h:高 于70%;空載功率損耗：低于0. 5w （230v時(shí)）；輸出紋波電壓：低于120mv。3. 2 選擇topsw

40、itch芯片的型號(hào)設(shè)電源的輸山總功率為p。，功率因數(shù)為i（一般取=80%）,則輸入功率 為匕/!,為了使芯片能穩(wěn)定運(yùn)行，另外還需要在考慮一定的設(shè)計(jì)余量（一 般取10%以上）。通過(guò)t0-220 （y）封裝的topswitch-ii系列芯片的負(fù)荷能 力（見(jiàn)表3-1）,并且計(jì)算其功率值，選擇相應(yīng)的芯片。確認(rèn)選用t0p223y 型號(hào)的芯片作為木次設(shè)計(jì)的芯片。表3-1t0-220 （y）封裝的topswitch-ii系列芯片的負(fù)荷能力型號(hào)單電壓輸入110230v寬范圍輸入電壓85265vt0p221y12w7wt0p222y25w15wt0p223y50w30wt0p224y75w45wt0p225y1

41、00w60wt0p226y125w75wt0p227y150w90w3.3t0p223y的主要性能特點(diǎn)和元件選擇3. 3. 1t0p223y性能特點(diǎn)t0p223y是topswitch-ii系列屮一種常用的芯片，封裝形式為t0-220,自帶小散熱片，是典型的三端集成器件，三個(gè)管腳分別為控制端c、源極s 和漏極d,內(nèi)部功率mosfet器件的耐壓值高達(dá)700v,可設(shè)計(jì)成20w30w儀 器儀表的多路隔離式內(nèi)置控制電源。topswitch-11的管腳排列如圖3-1所示。它有三種封裝形式。其中， t0-220封裝自帶小散熱板，屬于典型的三端器件。其外形與7800系列三端 線性穩(wěn)壓器相同。dip8封裝和sm

42、d-8封裝各有8個(gè)引腳，但均可簡(jiǎn)化成3 個(gè)；二者的區(qū)別是dip-8可配8腳1c插座，smd-8則為表面貼片，不需要打 孔焊接。topswitch- ii的3個(gè)管腳分別為控制端c (control)、源極s (source)、 漏極d(drain)。其中，控制端的作用宥4個(gè)：利用控制電流ic的大小來(lái)調(diào)節(jié)占空比d,當(dāng)ic從6. 0ma減到2. 0ma 時(shí)，d就由1.7%增至67%,比例系數(shù)(即脈寬調(diào)制增益)為k=ad/ 八 0(1. 7%-67%)/ 6. oma-2. 0ma=-16. 3%ma-16%ma;與內(nèi)部并聯(lián)調(diào)整器/誤差放大器相連，能為芯片提供正常工作所 需的偏流；該端還作為電源支路和

43、自動(dòng)重啟/補(bǔ)償電容的連接點(diǎn)，通過(guò)外接旁 路電容來(lái)決定自動(dòng)重啟動(dòng)的頻率；小妝：抑迕進(jìn)a) t0-220 封裝ts (hv rtn) us (hvrtn) js (hv rtn) ad對(duì)控制回路進(jìn)行補(bǔ)償。szstc±b) dip-8封裝和smd-8封裝圖3-1 topswitch- ii的管腳排列控制電壓uc的典型值應(yīng)為5. 7v,極限電壓ucm=9v,控制端的最大允許 電流，icm=100ma。漏極與片內(nèi)功率幵關(guān)管的漏極連通，漏一源擊穿電壓 u（br）ds>700v。源極s則接內(nèi)部功率開(kāi)關(guān)管的源極，還與小散熱片接通（僅 對(duì)t0220封裝而言），作為初級(jí)電路的公共地。對(duì)于dip-8

44、和smd-8封裝， 都設(shè)計(jì)了 6個(gè)s端，它們?cè)趦?nèi)部是連通的。區(qū)別只是左邊的3個(gè)s端作為信 號(hào)地接旁路電容的負(fù)極，右邊的3個(gè)s端則稱(chēng)為高壓返回端（hvrtn）,即功 率地。安裝印刷板時(shí)應(yīng)將它們焊到地線區(qū)域的不同位置上，這樣即可避免大 電流通過(guò)功率地線所形成的壓降對(duì)控制端產(chǎn)生的干擾。3.3.2線性光耦合器pc817光禍合器（optical coupler, 0c）亦稱(chēng)光電隔離器，簡(jiǎn)稱(chēng)光稱(chēng)。普通 光耦只能傳輸數(shù)字信號(hào)（開(kāi)關(guān)信號(hào)）。不適合傳輸模擬信號(hào)，線性光耦是一 種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬信號(hào)，隨著輸入信號(hào)的強(qiáng) 弱變化產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)，使光敏晶體管的導(dǎo)通程度不同，從而輸出相應(yīng)的 電

45、壓或電流。光禍以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸山電信號(hào)有良好的隔離作用， 所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。光耦一般由三部分組成：光的發(fā)射、 光的接收及信號(hào)放大。它通常把發(fā)光器（發(fā)光二極管led）和受光器（光敏 晶體管）封裝在同一管殼內(nèi)，如圖3-2所示，其中1是陽(yáng)極，2是陰極，3 是發(fā)射極，4是集電極。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（led）發(fā)出 光線，照射在受光器上，受光器接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一 步放大后從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了 “電-光-電”的轉(zhuǎn)換。圖3-2pc817內(nèi)部框圖木設(shè)計(jì)采用pc817光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)在于：信號(hào)單向傳輸，輸入端與 輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離

46、，輸岀信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高，可以起到很好的反饋?zhàn)饔?.3.3可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器tl431tl431是由美國(guó)德州儀器和摩托羅拉公司生產(chǎn)的2.536v可調(diào)式精密 并聯(lián)穩(wěn)壓器。其工作電流范圍寬，動(dòng)態(tài)電阻低，輸出雜波低。最大輸入電壓 為37v,最大工作電流為150nia，內(nèi)基準(zhǔn)電壓為2.5v,輸出電壓范圍為2.5 36v。由于tl431具有體積小、基準(zhǔn)電壓精密可調(diào)、輸出電流大、價(jià)格低 廉等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛用于單片精密幵關(guān)電源或精密線性穩(wěn)壓電源中。tl431大多采用dip-8或t0-92封裝形式，引腳排列分別如圖3-3所示。 其中，a為陽(yáng)極，使用時(shí)需

47、接地；k為陰極，需經(jīng)限流電阻接正電源；uref 是輸出電壓uo的設(shè)定端，外接電阻分壓器；nc為空腳。tl431的電路圖形符號(hào)和基木梓線如圖3-3所示：r3 是眼流電附。其穩(wěn)壓原理為:r32. 5v基準(zhǔn)畦 反之，uo uotl431urefr1uijref （內(nèi)部 開(kāi)始下降。 次翻轉(zhuǎn)，輸出變成低電 看，就迫使r3uo衡的角度來(lái)refr3uor1tl431urefr1uir2urefa）基本接線r2b）電路圖形符號(hào)圖3-3tl431的基本接線和電路符號(hào)在木設(shè)計(jì)中就是利用tl431和光耦構(gòu)成反饋電路，其工作原理就是當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，經(jīng)分壓電附得到的取樣電壓就與tl431中的2.5v基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比

48、較，在陰極上形成誤差電壓，使led的工作電流發(fā)生變化，再通 過(guò)光電耦合器pc817把電壓反饋到t0p223y的控制端c端。通過(guò)改變t0p223y 的控制端電流大小，調(diào)節(jié)其輸出占空比，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。3.4開(kāi)關(guān)電源的電路設(shè)計(jì)3.4.2輸入整流濾波電路整流濾波電路包括輸入交流emi濾波、整流、電容穂壓三部分。交流emi 濾波使用技術(shù)成熟的兀型濾波電路，其參數(shù)如下：去除差模干擾的電容c10、 c11為20uf / 250v；去除共模干擾的c12、c13為10nf; l1為515mh， 采用雙線并繞。整流電路選擇4個(gè)in4007二極管組成整流橋，濾波穩(wěn)壓電容c1可按照輸出功率luf/ 1w選擇。交

49、流電壓的輸入范圍為187v253v,即 vaemin=187v, vacmax =253v。假設(shè)整流橋?qū)〞r(shí)間為t=3ms,則電容耐壓值為:(3-1)式中：n 系統(tǒng)效率，可選擇80%;f i.一交流電網(wǎng)頻率；po一系統(tǒng)輸出總功率。留出裕量最終取c1m7 u f/400v,同時(shí)為承受可能從電網(wǎng)線竄入的電擊， 可在交流端并聯(lián)一個(gè)標(biāo)稱(chēng)電壓為275v的壓敏電阻vsrco3.4.3高頻變壓器的設(shè)計(jì)反激變壓器在幵關(guān)電源中起到傳遞能量、隔離輸入、輸出等作用：開(kāi)關(guān) 管導(dǎo)通期間反激變壓器通過(guò)初級(jí)儲(chǔ)存能量，關(guān)斷后通過(guò)次級(jí)釋放能量，所以 相當(dāng)于一個(gè)耦合電感，根據(jù)在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期變壓器是否將能量完全釋放掉反 激電源又可

50、分為連續(xù)式(ccm)與不連續(xù)式(dcm),連續(xù)式的優(yōu)點(diǎn)是紋波電 流小、電流有效值小，所以損耗較小，所以在較大功率時(shí)一般都選用連續(xù)式。 但是需要的電感量較大(變壓器也相應(yīng)較大)。下面以20w、1c為t0p223y為例實(shí)際工作時(shí)電源結(jié)果與計(jì)算符合。20w 反激變壓器的設(shè)計(jì)方案：輸入：85265vac;輸出：5vdc；功率：20w；效率：0. 74; ic: t0p223y (0.9a1.1a);磁芯:ei30(lllmnf 2);電容:100 u f(1)根據(jù)交流輸入電壓范圍，功率和電容確定直流輸入電壓范圍：若輸入電壓為85v,則其幅值為85x1.414=120. 19v,除去整流管壓降 后為11

51、8v;若輸入電壓為265v,則其幅值為265x 1.414=374. 71v,除去整 流管壓降后為373v。20/0.74=27w(3-2)rfxcx(u將 f=100, oloou , 11產(chǎn)118 代入式 3-2 中解得 u2=92u3= (u,+u2)/2= (118+92)/2=210/2=105,除去導(dǎo)通壓降后為 101v,同理能確定最大直流輸入電壓為360v,輸入電壓范圍是101v360v。 (2)根據(jù)直流輸入電壓范圍，輸出電壓確定初，次級(jí)匝比：fx xlp x 2 p(3-3)(3-4)xa = fx-xisxisl -i(3-5)vpxdonp=vsxdonsxn/v x dm

52、y x n/va(3-6) (3-7)根據(jù)上面算式得出，當(dāng)vp=101v時(shí)，占空比最大，此時(shí)占空比為0. 5475；當(dāng)vp=360v時(shí)，占空比為0. 253。(3)根據(jù)占空比，直流輸入電壓確定初級(jí)電感量隨著輸入電壓變大，vp xdonp =1:及12都變小，求最低電壓時(shí)l達(dá)到極限電流所需電感量:vpxd0 叩in =ip2 +(3-8)lsi = !s2 +lpxfvsxdonuxf(3-9)p-fvlx/-vixap-xvxdx+i(3-10)(3-11)ipi +ip2 =2p0.976vpxdon根據(jù)上面算式得出l!=0. 756, i2=0. 24o (i,=0. 756a, 118x

53、0. 756/101=0. 88a)(3-12)ipj ip2 +x donplpxf(3-13)vpxdor1.072mhfx(ipl -1p2)根據(jù)上式并考慮誤差范圍取初級(jí)電感量為1.0-1.2mh(3-14)(4)根據(jù)有效值電流確定初，次級(jí)線徑：(漆包線取值基準(zhǔn)4.5a/mm2) 2 xdonx(i12 + i,xi2+i由上式得inns= 0.37(a)(3-15)即初線徑為 34awg, 0. 16/0. 20mm7.4(a)即次線徑為26awg, 0. 40/0. 46mmx3。 (lookhz時(shí)穿透深度為0. 4mm) (5)確定氣隙：im1s = nxinnp =(3-16)l

54、g = 0.4x3.14x1 xl2 /(ac xb(3-17)=0. 4x3. 14x1. 1x1/(111x0.6)=0.207 (mm)確定初，次級(jí)及偏置級(jí)匝數(shù)n2 = lxlg/(uox ac)(3-18)= 1.1x0.207/(0.4x3.14x1 11)=1633得n=39.8t即依次選擇的匝數(shù)為40t, 2t，5t。最終變壓器型號(hào)參數(shù) 初級(jí)電感量：1.1 士 o.lmh初級(jí)，偏置級(jí):26awg, 0.40/0.46mm 次級(jí)：26awg, 0.40mm/0.46mm 三股并繞40t, 2tx3, 5t 氣隙：0.207mm (兩層絕緣膠帶)3.4.4鉗壓齊納管(vr)和阻斷二極

55、管(vd)的選擇在開(kāi)關(guān)電源的每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，t0p223y的關(guān)斷將導(dǎo)致變壓器產(chǎn)生尖峰電壓，vr和vd構(gòu)成了鉗位電路，防止大電壓對(duì)t0p223y芯片的損壞，vr和 vd的選擇由反射電壓vor定。vor推薦值為135v，vr的鉗位電壓vclo可由 經(jīng)驗(yàn)公式vclol. 5vcr得出。vd的耐壓值應(yīng)大于最大直流輸入電壓值，木文 vr選擇反向擊穿電壓為200v的p6ke200，vd選擇反向耐壓為600v的超快恢 復(fù)二極管byv26c。3.4.5輸出整流電路的設(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。因?yàn)樾ぬ鼗O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，肖特基二極管具 有反向恢復(fù)

56、時(shí)間短，在降低反向恢復(fù)損耗以及消耗輸出電壓中的紋波方面有 顯著的性能優(yōu)勢(shì)，因此文中選用肖特基二極管作為整流二級(jí)管：對(duì)于輸出濾 波電容，esr(等效串聯(lián)阻抗)和紋波電流是兩個(gè)重要參數(shù)。當(dāng)電容兩端電壓 小于3. 5v時(shí)，esr只與電容體積有關(guān)，在保證控制環(huán)路帶寬足夠的前提下， 應(yīng)選擇耐壓值高和容值低的濾波電容，文中電容選c2=c4=25v/22 u f、c3=c5=20v/20uf。若濾波效果不理想，可以在下一級(jí)再串聯(lián)一個(gè)lc濾波環(huán) 節(jié)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)l取2. 2uh10uh。3.4.6反饋電路的設(shè)計(jì)反饋回路的形式依據(jù)輸出電壓精度決定，木方案使用“光藕+tl431 ”可 以把輸岀電壓精度控制在±1%。電壓反饋信號(hào)經(jīng)分壓網(wǎng)絡(luò)（r4、r5）引入 tl431的ref端，轉(zhuǎn)化為電流反饋信號(hào)，經(jīng)光藕隔離后輸