TOP223Y開關(guān)電源設(shè)計教學(xué)文稿

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。TOP223Y開關(guān)電源設(shè)計-多路輸出式單片開關(guān)電源的電路設(shè)計（單片開關(guān)電源技術(shù)講座之三）河北科學(xué)大學(xué)沙占友龐志鋒武衛(wèi)東（石家莊050054）摘要：單片開關(guān)電源是國際上90年代才開始流行的新型開關(guān)電源芯片。本文闡述其多路輸出式電路設(shè)計方法。關(guān)鍵詞：單片開關(guān)電源多路輸出電路設(shè)計中圖法分類號：TN86文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：02192713(2000)1054504許多家電產(chǎn)品（如電視機、機頂盒解碼器、錄像機）都需要由多路穩(wěn)壓電源來供電。在電子儀器、自控裝置中也要給各種模擬與數(shù)字電路提供多路電源。利用單片開關(guān)

2、電源可實現(xiàn)多路電壓輸出。下面通過一個典型實例來詳細(xì)介紹多路輸出式開關(guān)電源的優(yōu)化設(shè)計。1電路設(shè)計方案11確定多路輸出的技術(shù)指標(biāo)假定要設(shè)計的開關(guān)電源具有三路輸出：主輸出UO1（5V，2A，10W）,輔助輸出為UO2（12V，1.2A，14.4W）和UO3（30V，20mA，0.6W）?？傒敵龉β蕿?5W。技術(shù)指標(biāo)詳見表1。各路輸出的穩(wěn)壓性能對于電路結(jié)構(gòu)和高頻變壓器的設(shè)計至關(guān)重要。通常，主輸出的穩(wěn)定性要高于輔助輸出?，F(xiàn)將5V作為主輸出，專門供CMOS，TTL數(shù)字電路使用，其負(fù)載調(diào)整率SI1，其余兩路優(yōu)于5。12確定反饋電路多路輸出的反饋電路有四種類型：基本反饋電路；改進(jìn)型基本反饋電路；配穩(wěn)壓管的光耦

3、反饋電路；配TL431的光耦反饋電路。以第四種電路的穩(wěn)壓性能為最佳。利用表2可選定反饋電路。需要指出，多路輸出要比單路輸出的SI值高，并且主輸出指標(biāo)優(yōu)行輔助輸出。表2可供多路輸出選擇的四種反饋電路反饋電路類型負(fù)載調(diào)整率電路說明主輸出輔助輸出基本反饋電路510在輸出端并聯(lián)一只穩(wěn)壓管，可改善輕載時的負(fù)載調(diào)整率。改進(jìn)型基本反饋電路2.510在反饋電路中增加穩(wěn)壓管和電容。配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路25由穩(wěn)壓管提供參考電壓。配TL431的光耦反饋電路15由TL431提供高穩(wěn)定度的參考電壓，主輸出作為主要反饋信號，其余各路輸出按一定比例反饋。（1）基本反饋電路是利用反饋繞組間接獲取輸出電壓的變化信號，因此不需

4、要使用光耦合器。該方案的電路最為簡單，但開關(guān)電源的穩(wěn)定性不高，難于把負(fù)載調(diào)整率SI降至5以下。若僅為改善輕載時的負(fù)載調(diào)整率，可在輸出端并聯(lián)一只合適的穩(wěn)壓管，使其穩(wěn)定電壓UZ=U01，此時輕載下的SI135，關(guān)斷輸出級）；關(guān)斷自動重啟動電路（當(dāng)調(diào)節(jié)失控時，立即使芯片在低占空比下工作。倘若故障已排除，就自動重新啟動電源恢復(fù)正常工作）；高壓電流源（提供偏流用）。TOPSwitch的工作原理是利用反饋電流IC來調(diào)節(jié)占空比D，達(dá)到穩(wěn)壓目的。舉例說明，當(dāng)輸出電壓UO時，經(jīng)過光耦反饋電路使得ICDUO,最終使UO不變。3單片開關(guān)電源的典型應(yīng)用3.1由TOP202Y構(gòu)成的7.5V，15W開關(guān)電源7.5V，15

5、W開關(guān)電源電路如圖3所示。其交流輸入電壓范圍Ui=85V265V,AC，輸入電網(wǎng)頻率f=47Hz440Hz，電壓調(diào)整率SV=0.5,負(fù)載調(diào)整率SI=1，電源效率達(dá)80，輸出紋波電壓的最大值為50mV。該電源采用帶穩(wěn)壓管（VDZ2）的光耦反饋工作方式。電路中共使用兩片集成電路，IC1為TOP202Y型單片開關(guān)電源，IC2是日本產(chǎn)NEC2501H型線性光耦合器。FU為3A/250V保險管。C6與L2構(gòu)成交流輸入端的電磁干擾（EMI）濾波器。C6能濾除由初級脈動電流產(chǎn)生的串模干擾，L2可抑制初級繞組中產(chǎn)生的共模干擾。C7和C8為安全電容，能濾除由初、次級繞組之間耦合電容所產(chǎn)生的共模干擾。寬范圍電壓輸

6、入時，85V265V交流電經(jīng)過整流器BR、C1整流濾波后，獲得直流輸入電壓Ui。由VDZ1和VD1構(gòu)成的漏極鉗位保護(hù)電路可將由高頻變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰電壓鉗位到安全值以下，并能減小振鈴電壓。VDZ1選用P6KE150型瞬態(tài)電壓抑制器（TVS），其鉗位電壓為150V，鉗位時間僅1ns，峰值功率是5W。VD1需采用UF4005型1A/600V的超快恢復(fù)二極管（FRD），其反向恢復(fù)時間trr=30ns。次級電壓經(jīng)VD2，C2，L1，C3整流濾波后產(chǎn)生7.5V的輸出電壓。R2和VDZ2與輸出端并聯(lián)，構(gòu)成開關(guān)電源的假負(fù)載，可提高空載或輕載時的負(fù)載調(diào)整率，反饋繞組電壓經(jīng)過VD3整流、C4濾波后，得到反饋電

7、壓，再經(jīng)過光敏三極管給TOP202Y提供一個偏置電壓。VD2選擇UGB8BT型超快恢復(fù)二極管，為降低功耗，圖37.5V，15W開關(guān)電源的電路圖415V，30W精密開關(guān)電源的電路還可選肖特基二極管。光耦合器IC2和穩(wěn)壓管VDZ2還構(gòu)成了TOP202Y的外部誤差放大器，能提高穩(wěn)壓性能。當(dāng)輸出電壓UO發(fā)生變化時，由于VDZ2具有穩(wěn)壓作用，就使光耦中LED的工作電流IF發(fā)生變化，進(jìn)而改變TOP202Y的控制端電流IC，再通過調(diào)節(jié)輸出占空比，使UO保持穩(wěn)定，這就是其穩(wěn)壓原理。R1為LED的限流電阻，并能決定控制環(huán)路的增益。C5是控制端旁路電容，除對環(huán)路進(jìn)行補償之外，還決定著自動重啟動頻率。高頻變壓器選用

8、EE22型鐵氧體磁芯，圖3中的NP，NS和NB分別代表初級、次級、反饋繞組的匝數(shù)。初級電感量LP=620H10，漏感量LP011H。3.2由TOP224Y構(gòu)成的15V，30W精密開關(guān)電源其電路如圖4所示。與圖3相比，它在電路上主要作了兩處重要改進(jìn)：第一，為獲得30W的連續(xù)輸出功率，將TOP202Y換成TOP224Y，后者在寬范圍電壓輸入時的最大輸出功率可達(dá)到45W。第二，給TOP224Y配置了外部誤差放大器TL431型可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器，內(nèi)部包含2.50V基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器和開關(guān)式晶體管驅(qū)動器，能直接檢測輸出電壓的變化量，并進(jìn)行精確的調(diào)整。輸出電壓UO經(jīng)R4，R5分壓后得到取樣電壓，與TL431內(nèi)部2.50V基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行比較之后，輸出誤差電流信號，再通過NEC2501型光耦合器流入TOP224Y的控制端，直接控制輸出占空比，獲得穩(wěn)定電壓輸出。改變電阻R4與R5的分壓比，可以調(diào)整輸出電壓的標(biāo)稱值。控制環(huán)路的頻率響應(yīng)由R3，C5的大小所決定。R3的阻值范圍是6.215。該電源的峰值輸出功率為60W。電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率均為0.2，幾乎可同線性穩(wěn)壓電源相媲美，而其電源效率可達(dá)84，比線性穩(wěn)壓電源提高近一倍。參考文獻(xiàn)1Power公司.產(chǎn)品手冊.19972