基于TOPSwitch的反激式DC/DC開關電源設計

浙江東方職業技術學院 邵康敏 吳江壽

基于TOPSwitch的反激式DC/DC開關電源設計

浙江東方職業技術學院 邵康敏 吳江壽

根據技術指標,設計了一種基于TOP258PN的反激式DC/DC變換器,重點介紹了高頻變壓器和反饋電路的設計方法。實驗結果表明,該開關電源性能優良,具有效率高、輸出電壓穩定、負載調整率和電壓調整率良好等特點。

DC/DC;TOPSwitch;反激式

0 引言

開關電源是利用開關管的導通與截止,對電路進行控制實現輸入電壓的脈沖調控。美國PI公司生產的TOPSwitch-HX系列芯片將功率開關管MOSFET與控制電路合為一體,從而使外圍電路更加簡單,是目前設計反激式DC/DC變換器的理想選擇。本文針對某智能儀器的電源要求,研制基于TOP258PN芯片的30W反激式DC/DC開關電源,設計了高頻變壓器電路和光耦反饋電路。

1 設計原理

電路功能部分主要由輸入/輸出整流濾波、電壓變換、反饋電路組成。如圖1所示,工作原理簡述為:交流市電經過整流濾波得到直流電壓,再經TOP258PN脈寬調制和高頻變壓器變換得到高頻矩形波電壓,最后經輸出整流濾波得到品質優良的直流電壓,同時反饋回路通過對輸出電壓的采樣、比較和放大處理,將得到的電流信號輸入到TOP258PN的控制端C,控制占空比調節輸出,使輸出電壓穩定[1]。

圖1 開關電源電路主要組成部分

2 設計要求

主要設計指標:

3 基于TOPSwitch的反激式DC/DC變換器設計

圖2所示為基于TOP258PN的單端反激式開關電源電路,整流二極管選用能承受1A電流的IN4007型橋式整流器件。假設整流橋二極管的導通時間為,由以下式子可以得到輸入直流電壓的最小值:

3.1 變壓器設計

(1)計算匝比n

設匝比為n,假定開關管工作時的最大占空比為Dmax=0.5,開關周期為T=1/fs,一個周期內的最大導通時間,為了可靠地工作在斷續模式(DCM),設置死區時間=0.1T[2],則:

(2)計算變壓器初級側的峰值電流

由能量守恒定理得:

(3)計算變壓器初級側勵磁電感

(4)磁芯選型

由AP面積公式計算可得:

查閱磁芯手冊,選擇磁芯形狀為PQ26/20,材質為PC44,磁芯AP值為,大于理論計算的AP值,所以滿足設計要求。

(5)計算變壓器初、次級匝數

(6)計算變壓器氣隙長度

圖2 基于TOP258PN的開關電源電路

3.2 反饋電路設計

本設計采用穩壓器TL431加線性光耦LTV817A實現反饋回路[4],如圖2所示。將輸出側的采樣電壓送入TL431的輸入控制端,與TL431內部的2.5V參考電壓進行比較,動態地調整TL431兩端電壓,從而使LTV817A中的發光二極管工作電流發生線性變化,TOP258PN控制端電流也將線性變化,進而改變芯片的占空比D,使輸出電壓發生變化,達到穩定輸出電壓目的。

表1 寬電壓輸入測試結果

4 實驗結果分析

本文研制的30W(12v,2.5A)反激開關電源在寬電壓85v～265v的輸入范圍內選取3個電壓樣本點進行了測試,并對每個電壓樣本點進行了輕載到滿載的測試,如表1所示。

由測試數據可得出,1)電壓調整率:在負載為滿載(Io=2.51A)時,輸出電壓最大值為12.13v,最小值為12.11v,電壓調整率為1.4%;2)負載調整率:在額定電壓輸入時,負載調整率為1.0%。另外,在寬電壓輸入范圍內,最大輸出紋波為68.1mv,電源效率在80%左右。實驗結果符合設計要求,電壓調整率、負載調整率及輸出電壓準確度都較好,電源驅動能力較強。

5 結束語

在寬電壓輸入(85～265AC)條件下,本文設計了一款以TOP258PN芯片為核心的30W反激式開關電源,重點介紹了高頻變壓器和反饋電路的設計方法。實驗結果符合各項技術指標要求,可在負載變化較大的工作場合長時間的穩定運行。

[1]王改云,胡志強,王遠。高精度可調式單端反激開關電源設計[J]。電源技術,2015,39(1):127-129.

[2]Abraham I。pressman,王志強等譯。開關電源設計[M]。北京:電子工業出版社,2012.

[3]劉勝利。高頻開關電源新技術應用[M]。北京:中國電力出版社,2008.

[4]侯曉云?；赥OPSwitch的反激式DC/DC變換器設計[J]。衡水學院學報,2015,17(1):26-28.

邵康敏(1985-),男,碩士研究生,助教,主要從事電氣控制、電力電子等領域的研究。