基于SG6859的反激式開關電源設計

李探元，羅純哲

（91245部隊，葫蘆島125001）

0 引 言

開關電源是一種利用開關功率器件并通過功率變換技術制成的直流穩壓電源。它具有體積小、重量輕、效率高和對電網電壓及頻率的變化適應性強的特點。開關電源又被稱為高效節能電源，其內部電路工作在高頻開關狀態，自身消耗的能量很低，一般電源效率可達80%以上，比普通線性穩壓電源提高了一倍。開關電源的主電路拓撲有多種，從DC／DC變換輸入與輸出間有無變壓器隔離，開關電源分為有變壓器隔離和無變壓器隔離，每類又有幾種拓撲，即Buck（降壓型）、Boost（升壓型）、Buck－Boost（降壓－升壓型）、Cuk（串聯型）及Sepic（并聯型）等；按激勵方式分，有自激式和反激式；按控制種類包括PWF（調頻式）、PWM（調寬式）、PAF（調幅式）和RSM（諧振式）；按能量傳遞方式有連續模式和不連續模式。用的最多的是調寬式變換器。調寬式變換器有以下幾種：正激式（For war d）、反激式（Flyback）、半橋式（Half Bridge Mode）、全橋式（Full Bridge Mode）及推挽式（Push Draw Mode）等。若按開關管的開關條件可分為硬開關（Har d Switching）和軟開關（Soft Switching）兩種［1－3］。本文設計了一款基于SG6859的小功率開關電源，電路簡單，適用范圍廣泛。

1 開關電源的原理

1.1 開關穩壓電源原理

目前生產的開關電源大多采用脈寬調制方式，少數采用脈沖頻率調制和混合調制方式。開關式穩壓電源的基本電路框圖如圖1所示，交流電經整流得到直流電壓進入高頻變換器被轉換成所需電壓值的方波，最后再將這個方波電壓經整流濾波變為所需要的直流電壓。

圖1 開關穩壓電源基本電路框圖

控制電路為脈沖寬度調制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈沖寬度調制及基準電壓等電路構成。這部分電路目前已集成化，制成了各種集成電路。控制電路用來調整高頻開關元件的開關時間比例，以達到穩定輸出電壓的目的。

1.2 芯片SG6859簡介

SG6859是Fairchil d公司的一款針對反激式變換器的PWM控制器，適用于30 W以下開關電源PWM控制，屬于電流控制型脈沖控制器，啟動電流僅為9 μA，工作電流3 mA，用其制作的電源可以在零負載或低負載時待機功耗低于0.5 W。該芯片還內置了諸如：過壓、過流、短路和過載等保護功能，確保電源的安全運行，并且其外圍電路設計簡單，成本較低，是一款優秀的低功率開關電源控制芯片，廣泛應用于攝像機、PDA、無繩電話的電池充電器和TV／DVD等的開關電源。

1.3 硬件電路模塊框圖

所設計的開關電源硬件電路模塊框圖如圖2所示：

圖2 硬件電路模塊框圖

1.3.1 主電路部分

從交流電網輸入到直流輸出的全過程，包括：

（1）EMI濾波電路：將電網存在的雜波過濾，同時阻止本機產生的雜波反饋到公共電網。

（2）整流與濾波電路：將電網交流電整流為較平滑的直流電，供下級變換。

（3）反激式變換器：將整流后的直流電變為高頻交流電，這是高頻開關電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。

（4）輸出整流與濾波：根據負載需要，提供穩定可靠的直流電源。

1.3.2 反饋控制部分

（1）反饋電路：采樣輸出電壓的變化并將此信號傳輸給PWM控制芯片。

（2）PWM控制電路：從反饋電路端取樣，與設定標準進行比較，然后去控制功率MOS管的通斷時間進而控制逆變器，改變其脈寬，達到穩定輸出。另一方面，根據測試電路提供的資料，經保護電路鑒別，提供控制電路對整機進行各種保護措施。

2 電源設計指標

單路輸出高精度的開關電源的設計指標如下：

輸入電壓：AC 100～240 V

輸入頻率：50／60 Hz

輸出電路：DC 12 V／2 A

紋波電壓：≤100 mA

負載調整率：≤3%

效率：≥80%

3 主電路工作原理

當電源接通時，交流220 V接入電路，首先通過由電容C1、電阻R1、R2和電感L1組成的電磁兼容（EMI）濾波器，如圖3所示，電磁兼容濾波器的作用是濾除電網中的干擾信號，同時防止電路中產生的高頻信號倒灌入電網污染電網。

圖3 電磁兼容模塊

由VD1～VD4和C2組成的整流濾波電路在變壓器的原邊產生一個300 V的直流電壓，R3、R4為啟動電阻，VD6、C6構成工作電壓整流電路，為SG6859提供3 mA工作電流，R10為開關管過流保護取樣電阻，如圖4所示。

當MOS導通時，變壓器初級線圈電流增加，磁場增強，次級二極管VD51截止（選擇肖特基二極管以降低功耗），由電容C54向負載供電，此時，變壓器初級起到儲能作用。當MOS截止，變壓器初級線圈中電流減小，磁場減弱，次級二極管VD51導通，能量通過二極管VD51向負載釋放，輸出直流電壓。

電源中的穩壓電路由MOS管TD1源極串接電阻R7，把電流信號變為電壓信號，送入SG6859作為比較電壓，控制激勵脈沖的占空比，達到穩壓目的。

外部誤差放大器由TL431組成，當12 V輸出電壓升高時，經R56、R57分壓后得到的取樣電壓與TL431中的2.5 V基準電壓進行比較，使TL431陰極的電位降低，LED的工作電流增大，再通過光耦使控制端電流Ic增大，SG6859的輸出占空比減小，使U0維持不變，達到穩壓目的。R53是LED限流電阻，誤差頻響由R55、C56決定。

光耦隔離：由于控制電路對噪聲敏感，為了保證開關電源的正常工作，必須將主電路與控制電路隔離。電路采用PC817將電源中的兩部分進行電氣隔離，一部分作為控制電路電源的變壓器副邊輔助電源，另一部分是主電路，這樣就防止了噪聲通過傳導的途徑傳入到控制電路中。

變壓器初級中的電阻R5、R6和電容C3構成了吸收回路，目的是消除由于電應力的瞬變產生的尖峰干擾，如電路中MOS管TD1導通時產生的尖峰。

4 結束語

圖4 主電路模塊電路圖

根據上述原理，進行了開關電源設計并制作了樣機，調試后電源的指標滿足性能要求：輸入電壓AC 100～240 V 50／60 k Hz，單路輸出單路電壓DC 12 V，最大輸出電流2 A，紋波電壓小于100 mV，負載調整率小于3%，效率達到80%。該電源已投入使用，運行良好。

［1］ 張 偉，曾 成，張 靜.一種高精度的自激式多路輸出穩壓開關電源的設計［J］.通信電源技術，2010，27（4）：46－48.

［2］ 趙同賀.開關電源設計技術與應用實例［M］.北京：人民郵電出版社，2007.

［3］ 楊 旭.開關電源技術［M］.北京：機械工業出版社，2005.

［4］ 周志敏.高頻開關電源設計與應用實例［M］.北京：人民郵電出版社，2008.

［5］ 吳良斌.現代電子系統的電磁兼容性設計［M］.北京：國防工業出版社，2005.

［6］ 周志敏.單片開關電源—應用電路·電磁兼容·PCB布線［M］.北京：電子工業出版社，2004.