單路輸出復(fù)合型開關(guān)電源的設(shè)計

賈俊榮

（閩江學(xué)院，福建 福州 35500110088）

三段線性穩(wěn)壓器雖然具有穩(wěn)定的輸出電壓、紋波系數(shù)小，但是需要采用工頻變壓器，效率低。而開關(guān)電源芯片的優(yōu)缺點與之相反，若將兩種器件結(jié)合使用，便可以較好地實現(xiàn)優(yōu)勢互補，設(shè)計出效率高且精密的穩(wěn)壓電源［1-2］。

1 整體方案設(shè)計

本設(shè)計采用傳統(tǒng)復(fù)合型開關(guān)電源的設(shè)計方案：首先對電源電壓進行濾波處理，以TOP209P單片開電源芯片為核心進行設(shè)計，并與三段固定式集成穩(wěn)壓器7805配套使用，從而實現(xiàn)復(fù)合式開關(guān)電源設(shè)計［3-4］。

2 主要單元電路設(shè)計

2.1 單片開關(guān)電源芯片的選取

2.1.1 根據(jù)電壓和輸出功率設(shè)計輸入濾波電容，得到其參數(shù)值為0.01μ、輸入電壓最小值為90V。

2.1.2 初級紋波電流IR與初級峰值電流IP的比值KRP，u確定，KRp取值在0.4到1.0之間。

2.1.3 計算初級的參數(shù)

輸入電流的平均值IAVG=PO/ηVImin=27.7mA

初級峰值電流

初級脈動電流為21.9mA.

初級有效值電流

2.1.4 TOPSwitch芯片的選取

考慮到電流熱效應(yīng)會使在25°下定義的極限電流值降低約10%，所選芯片的極限電流最小值ILIMIT（min）應(yīng)滿足：0.9ILIMIT（min）≥Ip，因此選擇TOP209P芯片。

2.2 漏極鉗位電路

漏極鉗位電路由VD1、C6、R2組成，VD1選用方向耐壓為1 000V的超快恢復(fù)二極管1N4937。當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時，鉗位電路不起作用。在MOSFET截止瞬間，VD1導(dǎo)通，尖峰電壓被R2和C6吸收掉。

典型情況下，取最大輸入電壓380V，UL取165V，UOR取135V，得到總電壓為680V，即MOSFET至少能承受700V的電壓。為保護MOSFET不受損，在漏極設(shè)計增加了鉗位電路，可達到吸收尖峰電壓的效果。

2.3 高頻變壓器

2.3.1 計算高頻變壓器的初級電感量LP

輸出功率取2W，初級峰值電流取值為53.9mA，初級脈動電流與峰值電流的比例系數(shù)為0.4，取開關(guān)頻率為100kHz，取損耗分配系數(shù)為0.5，取電源效率80%。代入上式得LP=23.5H。

2.3.2 選擇磁心與骨架并確定參數(shù)

當(dāng)P0=2W，采用三重絕緣線繞制的EE16型磁心。

2.3.3 為初級層數(shù)d和次級繞組匝數(shù)NS賦值

次級整流二極管導(dǎo)通后存在0.6V的壓降，次級匝數(shù)為（U0+0.6）*0.6匝/V=（5+0.6）*0.6匝/V=3.36匝，實取NS=4匝。

2.3.4 計算初級繞組匝數(shù)NP和反饋繞組匝數(shù)NF

輸出整流管1N5819的正向壓降UF1為0.6V，反饋電路整流管BAV21的正向壓降UF2為1.0V。

（1）次級匝數(shù)Np=NSUOR/·（UO+UF1），已知UOR=135V，UO=5V，UF1=0.6V，NS=4匝，代入得NP=96.4匝，實取97匝。

（2）計算反饋繞組匝數(shù)NF=NS（UFB+UF2）/（UO+UF1），已知UOR=135V，UO=5V，UF1=0.6V，NS=4匝,UFB=27.7V,UF2=1.0V，代入的NF=20.5匝，實取21匝。

2.3.5 根據(jù)公式計算有效骨架寬度bE（bE=d（b-2M））,將d=2，b=7.2mm，M=1.05mm代入得10.2mm。

初級導(dǎo)線的外徑，將bE（10.2mm）除以NP（97匝）得DPM=0.11mm，內(nèi)徑為DPm=0.06mm。

2.3.6 計算磁心中的最大磁通密度BM（BM=100IPlP/NPSJ）,將IP=54.7mA，LP=23.5H，NP=97匝，SJ=0.18cm2代入上式得BM=0.2362。

2.3.7 磁心的氣隙寬度δ和留有氣隙時磁心的等效電感ALG

綜上所述，選取的EE16磁心符合設(shè)計要求。

2.4 輸入欠電壓保護電路

取U1的最小值為90V，設(shè)定欠電壓閥值為70V。當(dāng)輸入電壓小于70V時，U1經(jīng)過兩電阻分壓后加至二極管的負(fù)極上，二極管導(dǎo)通，使得三極管得以導(dǎo)通，從而控制端電壓跳變?yōu)榈碗娖剑琓OP209P關(guān)斷。電壓若恢復(fù)正常參數(shù)值，二極管、三極管截止，在電路中不存在保護作用。保護電路的設(shè)計還可以防止TOP209P的誤啟動，僅當(dāng)輸入電壓高于欠電壓值時才可以允許重新啟動。二極管能限制三極管的反向發(fā)射結(jié)電壓不至于過高。同樣，當(dāng)交流電源突然掉電時，該電路也能起保護作用。

2.5 次級輸出電路

次級電路的輸出電壓，經(jīng)過二極管整流、電容濾波之后產(chǎn)生+7.5V電壓，直接連接LM7805的輸入端，正常工作可輸出5V穩(wěn)定電壓。三端穩(wěn)壓器LM7805的電壓調(diào)整率較小，Sv=±0.1%，I0max=1A＞400mA。

2.6 反饋回路

在基本反饋電路上增加了一個穩(wěn)壓管和電阻，可改變負(fù)載調(diào)整率，范圍為±2%。穩(wěn)壓管選用1N5234/6.2V，一般取穩(wěn)定電壓值為22V，可采用增加反饋繞組匝數(shù)的方法，來獲得更高的反饋電壓，從而滿足電路的設(shè)計需要。

2.6.1 選擇反饋電路的類型以及反饋電壓UFB值

改進型基本反饋電路：UFB=27.7V，U0的準(zhǔn)確度=±5%，SV=±1.5%，SI=±2.5%。

2.6.2 反饋電路中的整流管

BAV21滿足URM=200V≥UBRFB1.25=30.6V

2.6.3 選擇反饋濾波電容

反饋濾波電容選取0.1uF/50V陶瓷電容器。

2.6.4 控制端旁路電路

濾除控制端上的尖峰電壓決定自動重啟的頻率，取電容值47μF，自動重啟頻率為1.2Hz，時間周期0.83s，用于監(jiān)測失控的故障，若故障已經(jīng)被排除，則電路進行自動啟動，開關(guān)電源能夠恢復(fù)正常的工作狀態(tài)。

2.6.5 旁路電容、電阻的選取

電阻、電容電路可對控制回路進行補償。電路中控制端的電容元件一般選取值為47μF/10V，可為普通電解電容，與電容串聯(lián)的電阻元件的參數(shù)為6.8Ω。

3 總結(jié)

本設(shè)計采用單片開關(guān)電源TOP209P與三段固定式集成穩(wěn)壓器7805實現(xiàn)了在輸入電壓為85v～265v，輸出能力為5V、400mA（2W）的復(fù)合式開關(guān)電源設(shè)計。該電源設(shè)計電路簡單、元件少、體積小，具有效率高、成本低、可靠性高，性能穩(wěn)定等優(yōu)點。

［1］鄧木生.基于TOP224Y復(fù)合型精密恒流源的設(shè)計［J］.山西電子技術(shù)，2011（6）：1-5.

［2］張小華，張春喜.基于TOPSwitch-Ⅱ的單片開關(guān)電源設(shè)計［J］.通信電源技術(shù)，2008，25（1）：43-48.

［3］姬志國，李曉峰，樊琛.基于TOPSwitch—II的單片開關(guān)電源設(shè)計與實現(xiàn)［J］.新特器件應(yīng)用，2009，11（2）：15-21.

［4］趙皊.TOPSwitch芯片設(shè)計的反激式開關(guān)電源［J］.現(xiàn)代雷達，2003，7（7）：50-53.