基于TOP223Y多路单端反激式开关电源的设计方案(三)

2013-11-18 11:11:49来源: 互联网

3.5 输出整流滤波电路

  由整流二极管、滤波电容和平波电感组成。将次级绕组的高频方波电压转变成脉动的直流电压,再通过输出滤波电路滤除高频纹波,使输出端获得稳定的直流电压。肖特基二极管正向导通损耗小、反向恢复时问短,在降低反向恢复损耗以及消除输出电压中的纹波方面有明显的性能优势,所以选用肖特基二极管作为整流二极管,参数根据最大反向峰值电压VR选择,同时二极管的额定电流应该至少为最大输出电流的3~5倍。次级绕组的反向峰值电压VSM为:

  次级绕组的反向峰值电压VSM为

  式中:Iout是输出端的额定电流,单位为A;Dmin是在高输入电压和轻载下所估计的最小占空比(估计值为0.3);V(PK-PK)是最大的输出电压纹波峰峰值,单位为mV.计算得出后考虑阈值C6取100 μF/10 V,C8取220 μF/35 V.

  第二级经LC滤波使不满足纹波要求的电压再次滤波。输出滤波电容器不仅要考虑输出纹波电压是否可以满足要求,还要考虑抑制负载电流的变化,在这里可以选择C7取22 μF/10 V,C9取10 μF/35 V.C5取经验值0.1 μF/25 V.输出滤波电感根据经验取2.2~4.7 μH,采用3.3 μH 的穿心电感,能主动抑制开关噪声的产生。

  为减少共模干扰,在输出的地与高压侧的地之间接共模抑制电容C15.

  3.6 反馈回路设计

  开关电源反馈电路有四种类型:基本反馈电路、改进型基本反馈电路、配稳压管的光耦反馈电路、配TL431的光耦反馈电路。本设计采用电压调整率精度高的可调式精密并联稳压器TL431加线形光耦PC817A构成反馈回路。

  TL431通过电路取样电阻来检测输出电压的变化量ΔU,然后将采样电压送入TL431 的输入控制端,与TL431的2.5 V参考电压进行比较,输出电压UK也发生相应变化,从而使线性光电耦合器中的发光二极管工作电流发生线性变化,光电耦合器输出电流。

  经过光电耦合器和TL431组成的外部误差放大器,调节TOP223Y控制端C 的电流IC,调整占空比D(IC与D成反比),从而使输出电压变化,达到稳定输出电压的目的。

  对于电路中的反馈部分,开关电源反馈电路仅从一路输出回路引出反馈信号,其余未加反馈电路。这样,当5 V输出的负载电流发生变化时,定会影响12 V输出的稳定性。

  解决方法是给12 V输出也增加反馈电路。另外,电路中C10为TL431的频率补偿电容,可以提高TL431的瞬态频率响应。R5为光电耦合器的限流电阻,R5的大小决定控制环路的增益。电容器C13为软启动电容器,可以消除刚启动电源时芯片产生的电压过冲。

  下面主要是确定R4~R8的值:

  按照应用要求,对5 V电源要求较高,但也要兼顾12 V电源,权衡反馈量,将R7,R8的反馈权值均设置为0.6,0.4,各个输出的稳定性均得到保障和提高。

  只有5 V输出有反馈时,如R4,R7取值均为10 kΩ,此时电流IR7 =250 μA,分权后,R7分得150 μA、R8分得150 μA.根据TL431的特性知,Vo,VREF,R7,R8,R4之间存在以下关系:

  Vo,VREF,R7,R8,R4之间存在以下关系

  式中:VREF为TL431参考端电压,为2.5 V;Vo为TL431输出电压。根据电流分配关系得(单位:kΩ):

根据电流分配关系得(单位:kΩ):  

  式中:VF 为光耦二极管的正向压降,由PC817技术手册知,典型值为1.2 V.先取R5=390 Ω,可得R6=139 Ω,取标称值150 Ω。

  3.7 控制回路

  由电容C7和电阻R12串联组成。C9用来滤除控制端的尖峰电压并决定自动重启动时序,并和R12一起设定控制环路的主极点为反馈控制回路进行环路补偿。由数据手册知,C9选择47 μF/25 V的电解电容,当C9 =47 μF时,自动重启频率为1.2 Hz,即每隔0.83 s检测一次调节失控故障是否已经被排除,若确认已被排除,就自动重启开关电源恢复正常工作。R12取6.2 Ω。

  4 方案的实验结果

  根据以上方案设计的方法和规范,设计出的一种基于TOP223Y双路+5 V/3 A,+12 V/1 A输出的反激式开关电源。在宽范围85~265 VAC的输入范围下对其性能进行了测试,如表1所示。

  

  由以上选取的实验数据得出,+5 V/3 A(反馈权重0.6,负载500 Ω)输出的电压调整率为SV = ±0.18%,输出的纹波电压为39 mV,输出的最大电流为3.2 A;+12 V/1 A(反馈权重0.4,负载750 Ω)输出的电压调整率为SV = ±0. 3%,输出的纹波电压为68 mV,输出的最大电流为1.10 A.

  该电源在满载状态时,功率可达27.6 W,最大占空比为0.60,电源效率为83.1%,开关电源具有良好的性能,满足应用要求。

  5 结语

  本文所设计的开关电源方案,芯片的高度集成化,外围电路设计简单。电源的性能通过参数的调节仍有提升的空间。双输出双反馈异权重的设计使开关电源的更加实用灵活,不同的保护电路的设计,使电源的实用更加安全可靠,该方案所设计的电源在实际应用中表现良好。

关键字:TOP223Y  多路  单端反激式  开关电源

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1118/article_20856.html
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