大功率單片開關(guān)電源設(shè)計(jì)
0 引言
開關(guān)電源具有效率高、重量輕、體積小，穩(wěn)壓范圍寬等突出優(yōu)點(diǎn)，從20世紀(jì)中期問世以來，發(fā)展極其迅猛，在計(jì)算機(jī)、通信、航天、辦公和家用電器等方面得到了廣泛的應(yīng)用，大有取代線性穩(wěn)壓電源之勢。提高電路的集成化是開關(guān)電源的追求之一，對中小功率開關(guān)電源來說是實(shí)現(xiàn)單片集成化。開關(guān)集成穩(wěn)壓器是指將控制電路、功率開關(guān)管和保護(hù)電路等集成在一個(gè)芯片內(nèi)，而由開關(guān)集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的開關(guān)電源就稱之為單片開關(guān)電源。美國PI公司的單片開關(guān)電源系列是其顯著的代表。
l 用TOPswitch—GX設(shè)計(jì)的250W開關(guān)電源
TOPSwitch—GX設(shè)計(jì)的250W開關(guān)電源電路如圖1所示。直流電壓經(jīng)變壓器的原邊加到TOPSwitch—GX的漏極D；頻率選擇端F和極限電流設(shè)定端X與源極S相連，則該兩端的功能都沒用，即不從外部設(shè)定極限電流，內(nèi)部自動(dòng)設(shè)定自保護(hù)電流ILIMIT，開關(guān)工作頻率為132K；控制極和光耦LTV817相連，接受反饋信號以實(shí)現(xiàn)對內(nèi)部集成的高壓功率MOS管占空比的控制；線路檢測端L通過一2MΩ的電阻和直流高壓輸入的正端相連以實(shí)現(xiàn)過壓、欠壓線電壓前饋的線電壓檢測。整個(gè)電路為單端反激式，TOPSwitch—GX為開關(guān)集成穩(wěn)壓器，反饋電路主要有光耦LTV817和與之串連的三個(gè)穩(wěn)壓二極管構(gòu)成。電容C1為高頻濾波電容；瞬態(tài)電壓抑制器P6KE200和超快恢復(fù)二極管BYV26C構(gòu)成鉗位電路，并在其中串入RC吸收電路(由R2，R3和C6組成)，這樣除了可以吸收部分漏感中的能量以外，還可將電壓鉗位在200V，可使開關(guān)電源在啟動(dòng)或過載的情況下TOPSwitch—GX內(nèi)部集成MOS管的漏極電壓不超過700V；光耦LTV817和穩(wěn)壓二極管(VR2～VR4)構(gòu)成反饋電路，R6是光耦中LED的限流電阻，它還決定控制環(huán)路的增益，輸出電壓變化時(shí)則流過光耦中LED的電流相應(yīng)變化，從而光送到芯片控制極C的電流也相應(yīng)變化，芯片內(nèi)部據(jù)此產(chǎn)么的PWM信號占空比發(fā)生變化最終使輸出電壓穩(wěn)定；高頻變壓器T1的副邊輸出經(jīng)過MURl640CT整流和C9，C10和C11濾波，再經(jīng)過磁珠L1和C12濾掉開關(guān)噪聲后，得到輸出電壓；VD4和C14構(gòu)成軟啟動(dòng)電路。
2 高頻變壓器設(shè)計(jì)
對于PI公司的單片開關(guān)電源來說，高頻變壓器采用PI公司相關(guān)的開關(guān)電源計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件來設(shè)計(jì)。本方案采用的是PI Expert 7．0專家系統(tǒng)。圖2是用該軟件設(shè)計(jì)的變壓器的結(jié)構(gòu)。
3 測試結(jié)果
該電源輸出功率為250W，效率至少為85％，負(fù)載調(diào)整率為±5％，紋波電壓峰一峰值小于100mV，空載功耗不大于1．4W。
本方案選用TOP249Y設(shè)計(jì)，輸出功率250W時(shí)工作于其上限功率，故要保持良好的散熱條件(芯片溫度要保持在110℃以下)，也可用TOP250Y替換該元件。
4 結(jié)束語
單片開關(guān)電源具有單片集成化、最簡外圍電路、最佳性能指標(biāo)、能以無工頻變壓器電器實(shí)現(xiàn)完全隔離等顯著優(yōu)點(diǎn)，是我們設(shè)計(jì)290W以下開關(guān)電源的理想選擇。
開關(guān)電源具有效率高、重量輕、體積小，穩(wěn)壓范圍寬等突出優(yōu)點(diǎn)，從20世紀(jì)中期問世以來，發(fā)展極其迅猛，在計(jì)算機(jī)、通信、航天、辦公和家用電器等方面得到了廣泛的應(yīng)用，大有取代線性穩(wěn)壓電源之勢。提高電路的集成化是開關(guān)電源的追求之一，對中小功率開關(guān)電源來說是實(shí)現(xiàn)單片集成化。開關(guān)集成穩(wěn)壓器是指將控制電路、功率開關(guān)管和保護(hù)電路等集成在一個(gè)芯片內(nèi)，而由開關(guān)集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的開關(guān)電源就稱之為單片開關(guān)電源。美國PI公司的單片開關(guān)電源系列是其顯著的代表。
l 用TOPswitch—GX設(shè)計(jì)的250W開關(guān)電源
TOPSwitch—GX設(shè)計(jì)的250W開關(guān)電源電路如圖1所示。直流電壓經(jīng)變壓器的原邊加到TOPSwitch—GX的漏極D；頻率選擇端F和極限電流設(shè)定端X與源極S相連，則該兩端的功能都沒用，即不從外部設(shè)定極限電流，內(nèi)部自動(dòng)設(shè)定自保護(hù)電流ILIMIT，開關(guān)工作頻率為132K；控制極和光耦LTV817相連，接受反饋信號以實(shí)現(xiàn)對內(nèi)部集成的高壓功率MOS管占空比的控制；線路檢測端L通過一2MΩ的電阻和直流高壓輸入的正端相連以實(shí)現(xiàn)過壓、欠壓線電壓前饋的線電壓檢測。整個(gè)電路為單端反激式，TOPSwitch—GX為開關(guān)集成穩(wěn)壓器，反饋電路主要有光耦LTV817和與之串連的三個(gè)穩(wěn)壓二極管構(gòu)成。電容C1為高頻濾波電容；瞬態(tài)電壓抑制器P6KE200和超快恢復(fù)二極管BYV26C構(gòu)成鉗位電路，并在其中串入RC吸收電路(由R2，R3和C6組成)，這樣除了可以吸收部分漏感中的能量以外，還可將電壓鉗位在200V，可使開關(guān)電源在啟動(dòng)或過載的情況下TOPSwitch—GX內(nèi)部集成MOS管的漏極電壓不超過700V；光耦LTV817和穩(wěn)壓二極管(VR2～VR4)構(gòu)成反饋電路，R6是光耦中LED的限流電阻，它還決定控制環(huán)路的增益，輸出電壓變化時(shí)則流過光耦中LED的電流相應(yīng)變化，從而光送到芯片控制極C的電流也相應(yīng)變化，芯片內(nèi)部據(jù)此產(chǎn)么的PWM信號占空比發(fā)生變化最終使輸出電壓穩(wěn)定；高頻變壓器T1的副邊輸出經(jīng)過MURl640CT整流和C9，C10和C11濾波，再經(jīng)過磁珠L1和C12濾掉開關(guān)噪聲后，得到輸出電壓；VD4和C14構(gòu)成軟啟動(dòng)電路。
2 高頻變壓器設(shè)計(jì)
對于PI公司的單片開關(guān)電源來說，高頻變壓器采用PI公司相關(guān)的開關(guān)電源計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件來設(shè)計(jì)。本方案采用的是PI Expert 7．0專家系統(tǒng)。圖2是用該軟件設(shè)計(jì)的變壓器的結(jié)構(gòu)。
3 測試結(jié)果
該電源輸出功率為250W，效率至少為85％，負(fù)載調(diào)整率為±5％，紋波電壓峰一峰值小于100mV，空載功耗不大于1．4W。
本方案選用TOP249Y設(shè)計(jì)，輸出功率250W時(shí)工作于其上限功率，故要保持良好的散熱條件(芯片溫度要保持在110℃以下)，也可用TOP250Y替換該元件。
4 結(jié)束語
單片開關(guān)電源具有單片集成化、最簡外圍電路、最佳性能指標(biāo)、能以無工頻變壓器電器實(shí)現(xiàn)完全隔離等顯著優(yōu)點(diǎn)，是我們設(shè)計(jì)290W以下開關(guān)電源的理想選擇。
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