多路输出反激式开关稳压电源的设计(2)

2020-06-21 15:09

激推挽双变压器有推动了电源的发展,继而出现了无频变压器开关电源,和现在比较热的PWM控制集成电路,近些年研发了单片开关电源使电源开创了新纪元,使开关频率越来越高。

我们国家使用开关电源行业也是在上世纪后期得到发展。伴随着世界工业的全球分工日渐显露,我国在使用和生产方面有着举足轻重的地位。现在开关电源行业竞争也比较激烈。现在研究开关技术的人们大多都在研发开关器件和变频技术,使向着更智能化、更便捷化发展。

1.2课题研究方案

本篇论文依照课题要求完成反激式开关稳压电源电路。主要的功能是将220VAC电压整流并且滤波、直流变直流反激变压器、光耦合反馈电路这几部分组成。220V,50Hz交流输入,15V,1A;5V,3A俩路输出。

主电路是基于TOPSwitch为控制中心,滤波整流输入。

电路的结构框图如图1-1所示。我们将电路分为三部分:上电、主功率和控制。其中我们主要将主功率部分的变压器设计作为主要计算及设计的对象。它是设计的关键部分。

图1-1 电路结构框图

1.3论文主要做的工作

(1)首先设计一个EMI整流滤波器,根据截止平率进行计算分析,再设计全波桥式整流电路,DC/DC变换器前段还加上一个滤波电容,可以降低谐波电流,

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从而降低了谐波的污染。

(2)设计外围的控制电路、保护电路和启动电路。 (3)通过CAD制图软件来绘制电路图。

(4)对个单元电路的具体元器件参数值进行计算、分析和取值。 (5)分析各电路的波形并与实际波形对比分析。

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第二章 多路输出反激式开关电源介绍

2.1 TOPSwitch200系列介绍

TOPswitch一系列产品现在大多够用于设计服务于离线是开关电源,这类电源都被高度集成,它的有点在于可以设计出大功率的电源,在相同的负载条件下具有高的显著的效率,它不仅可以在满载、过载时表现卓越的性能,对于负载的其他情况,TOPSwitch性能同样很优良,TOPSwitch是现代开关电源的代表,有很多项专利,优点也很多,结构紧凑、经济、高效等。

TOP系列的制作工艺基本都是将集成的MOSFET和控制器放在硅片上。因为TOP不需要额外的外部启动电路,这得依靠它的内部漏极可以连接一个高压电流源,这可以为它提供偏置电流。TOPSwitch会在内部有一个振荡器,它的作用是可以抑制噪声。当然,TOP的内部也有保护集成电路。它可以在空载、过载及短路情况下来控制MOSFET来实现对变压器和输出的控制、功率。可以在过温的时候对电路起到保护作用。

TOP系列都为PWM控制集成的100kHz的振荡器,它有3只引脚。这里他的三个引脚分别是Drain、Control、Source。Drain的功能是与MOSFET链接,在工作时,将电流切换到电流源,提供内部检测电、内部偏置。Control的功能是控制占空比,连接误差放大器,也可以连接反馈,这些都依赖于偏置电流。触发输入锁存关机。这只引脚也可以实现重启,补偿电容和电源旁路功能。Souurce的作用是控制初级侧和参考点,并且连接莫斯管的source极。

2.2电源系统整体结构框图

电源输入的电路图如图2-1所示,首先为熔丝管的保护,它在整个电路中起到保护电路的作用。后面是EMI滤波,最近这些年被广泛使用。它的电路器件结构为主要为电感和电容,后面会具体介绍,把不同的设备要求需要不同的电感电容相互配合,具有过滤电网干扰和噪声,同样也可以阻止向电网输送干扰的功能,它是现代电子电气设备或产品不可缺少的一部分,有着重要的意义。

在EMI的后面我们通常加上一个硅整流桥,它的全称为全波桥式整流桥。

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它的由四只二极管组成,随着科技的创新,整流桥做的是越来越小,越来越可靠、实用,也是不可缺少的一部分在电子设备当中,图形如下。它的功能是将我们平常使用的220V交流化为直流,使电流更平滑更稳定。我们为了使输入的电流更稳定,常常在它后面并联一个电容,起到滤波的效果,这我们后面将会介绍。

FU1.5A1A/600VuL220VAC22mhC0.22μF1A/600V

图2-1 输入电路图

2.3反激式变换器的原理

反激式变换器的基本原理是在功率开关管截止的同时向负载边输出能量,这样的变换器叫做反激式变换器,它是从降压/升压式一步一步改进而来的。

反激式变换器的原理如图2-2示。它与一般变压器类似,有原边和副边,原边这里用NP表示,它是原边线圈,它的电压为UI,次级线圈为NS,当输入电压为UI,原边的电流为IP,此时漏极的MOSFET开关功率管V为开启,通过脉宽调制实现对V的控制。一次侧为上正下负,此时的二次侧为上负下正,二极管VD为关断状态,二次侧不能导通,此时没有输出当V关断时,之前在一次侧已经存在输入的能量,我们根据电磁感应原理,可以在二次侧感应出电能,那么这时能量将从一次侧传导至二次侧,二次侧电压为NX,上正下负,二极管导通电流为

IS,C在这里是滤波功能的电容,VD开通后,通过电容输出。因为此变压器为

高频变压器,所以输出电压基本都会维持在一个稳定的范围之间,这就能够保证输出的电压可以保持在一个值左右,这几就是反激式变换的基本原理。

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VDTVDISNsCIpUIVNpUOUORNpUIVNsUSCUO(a)图2-2 反激式变换原理图

p(b)s(t)IpkIspkt0TS(a)t0ToffTS(b)TS+Toff2T

图2-3 变压器原边与副边电流波形

图2-3(a)为初级线圈电流的波形、在MOSFET关断瞬间达到最大值。

Ipk?VinDTs (2-1) LP 图2-3(b)二次侧电压恒定,电流为零。

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