基于topswitch

《基于topswitch》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

　　基于TOPSwitch张志飞喻志刚杨国乐夏明涛大连海事大学轮机工程学院辽宁大连116026完成单位：大连海事大学国家级大学生创新创业训练计划项目。【文章】以电能质量监测装置的电源设计为例，介绍了一种基于TOPS8pt0pt"class=Pa2>【关键词】开关电源;TOPS0cm0pt"class=Pa3>0引言美国功率集成公司（Po0cm0pt"class=Pa3>1TOPS0cm0pt"class=Pa4>TOPS0cm0pt"class=Pa4>基于TOPS0cm0pt"class=Pa4>图一基于TOPS0cm0pt"class=Pa4>图二电源原理图004电子科技ElectronicsTechnology电子制作高频脉冲电压，当内部功率MOSFET导通时，将电能储存在高频变压器的初级线圈，仅当其关闭时，才向次级输送电能，开关频率高达132KHz，使得高频变压器能够快速存储、释放能量，再经次级高频整流滤波后即可输出连续直流电压，反馈回路通过改变控制引脚电流的大小，能连续调节脉冲占空比，从而调节输出电压的大小。2电路设计本设计采用PI公司的单片电源设计软件PI Expert，极大地较少了工作量，缩短了设计时间，同时该软件是一种交互式电源设计软件，具有直观的图形界面，可实现多种优化设计。在PIExpert软件中，只需要输入产品系列、开关频率、反馈类型、交流/直流输入类型、和数值、频率、直流输出电压、电流的数值等参数就可以得到开关电源的原理图。按照技术要求,本文设计电源的具体参数：交流输入电压范围为85～265V,输出功率为46.6ARGIN:0cm0cm0pt"class=Pa4>为了分析此开关电源的设计结构与原理，把电路原理图分为以下五个部分加以分析：输入整流滤波电路、箝位保护电路、高频变压器、反馈控制电路、次级输出电路。2.1输入整流滤波电路输入整流滤波电路包括输入交流滤波、整流、电容稳压等部分。电容C1和电感L1构成一个低成本的电磁干扰滤波器，置于开关电源和电X相连的前端，主要滤除交流输入端的共模干扰和差模干扰，其中C1为去除差模干扰的X电容，L1为共模电感，采取双线并绕在同一磁芯上，是为了去除共模干扰。整流电路的导通时间尽可能短，满足电流阈值，本文选择额定电压为600V、额定电流为2A的整流桥2KBP06M。C2为输入滤波电容，其容量与电源效率、输出功率有关，同时也决定着直流高压的数值。2.2箝位保护电路每个开关周期内，开关管的导通和关断将导致变压器漏感产生尖峰电压，很容易损坏MOSFET。这个问题可以由漏极箝位电路解决。漏极箝位电路由阻塞二极管FR106、电容C3和电阻R1、R2构成，可以将启动和过载情况下的峰值漏电压限制在TOP246Y的MOSFET额定值700V以下，从而保证元器件不受损坏。2.3高频变压器设计 高频变压器是开关电源设计的关键，它在开关电源中起到传输能量、电压变换、电器隔离的作用。高频变压器的设计参数会对开关电源的整体性能和可靠性产生很大的影响，其内容主要包括选择磁芯材料的尺寸和形状；计算原副边的匝数和匝比；选择合适线径的漆包线；计算气隙的大小；计算变压器的效率；以及选择合适的骨架等，当设计的开关电源为多路输出，且输出电压准确度要求较高时，高频变压器的设计参数很难同时满足多路输出负载的要求，这样人工设计时计算量很大、效率低而且不易成功，因此本设计选择使用PIExpert上高频变压器的设计结果，同时也根据电源输出要求进行了一些修改。这样不仅节约了设计时间也能保障设计的成功率。软件设计的高频变压器参数为：铁氧体材料，EE35型的磁芯，有效截面积Ae为101.40mm2，气隙长度为0.584mm，初级漏感为8.14uH，设计结果中变压器具体结构如图三。a.初级绕组第1部分磁线绕制19匝（x2线），线规为#27AARGIN:0cm0cm0pt"class=Pa4>b.初级绕组第2部分磁线绕制19匝（x2线），线规为#27AARGIN:0cm0cm0pt"class=Pa4>c.偏置绕组磁线绕制7匝（x2线），线规为#25AARGIN:0cm0cm0pt"class=Pa4>d.次级+12Ｖ三层绝缘线绕制3匝（x2线），线规为#26AARGIN:0cm0cm0pt"class=Pa4>e.次级+5Ｖ三层绝缘线绕制1匝（x4线），线规为#25AARGIN:0cm0cm0pt"class=Pa4>图三高频变压器结构图图四电源输出电压005电子科技ElectronicsTechnology电子制作 f.次级+3.3Ｖ铜箔片绕制2匝，厚5mil，宽9.70mm（上覆一层叠合胶带，箔片端接2x23AARGIN:0cm0cm0pt"class=Pa4>g.次级-12Ｖ三层绝缘线绕制6匝（x1线），线规为#25AARGIN:0cm0cm0pt"class=Pa4>初级和次级绕组都采用多股并绕，减少高频趋肤效应，这有利于降低扼流圈及导线的温度从而提高变压器的效率。同时采用先绕原边、再绕副边、再绕原边的三明治绕法，增强了原副边的耦合程度，减小了变压器漏感，可以减小开关管上的尖峰电压。同时对于±12V两路输出，为了保证三端稳压芯片的输入输出压差要求，可分别线圈匝数增加1～2匝。2.4次级输出电路输出整流滤波电路由整流二极管,滤波电容和二级稳压电路构成。整流二极管D3、D4、D5、D6分别对次级进行整流，它们具有开关特性好、反向恢复时间短的特点。与整流二极管并联的电容和电阻构成次级整流电路的缓冲电路，可以限制输出二极管上的瞬态尖峰电压，防止其损坏。后级LC滤波器可以减少输出纹波电压，滤波电感选用被称为“磁珠”的3.3uH穿心电感，可以滤除整流二极管在反向恢复过程中产生的噪声。根据PIExpert软件的设计结果，四路输出中除了主输出外其他三路的输出精度都不高，因此在PIExpert软件设计结果的基础上对输出电路进行了改进，首先在反馈调节电路增加辅助反馈从而控制+3.3V和+5V输出电压的稳定，反馈信号由这两路输出同时提供，因此可以保证两路输出的稳定性。对于±12V输出的稳压，可以在输出末端采用线性三端稳压器LM7812和LM7912提高输出的稳压精度。线性三端稳压器只有在输入电压高于所要输出的电压值时才能得到稳定的电压值，因此就要求高频变压器的±12V 输出要考虑裕量，实际缠绕匝数比软件设计结果多绕出1～2匝数，保证三端稳压器的输入与输出端之间有一定的压差。2.5反馈控制电路开关电源的反馈回路有4种基本形式:基本反馈电路、改进型反馈电路、带稳压管的光耦反馈电路和带精密基准源TL431的光耦反馈电路，其中以带精密基准源TL431的光耦反馈电路应用最广。反馈回路的形式依据输出电压精度而决定，本设计中为了提高输出电压精度，选择带精密基准源TL431的光耦反馈电路。在PIExpert软件的设计结果中，+3.3V输出为主输出电压，电压反馈信号经R13=19.6KΩ和R14=11.8KΩ的电阻分压后引人TLV431的参考端，转化为电流反馈信号，然后经过光耦隔离后输人TOPS0cm0pt"class=Pa4>根据TLV431的工作原理，分压电阻的选取要求比较严格，精度要求高，一般选择1%的精度。同时我们也可以把R13或R15设计成一个固定阻值电阻和一个可调电阻的串联，用来调节输出电压的精度。R12起限流的作用，C20是频率补偿环节，有助于改善TLV431的特性；R11用来限制输入光耦电流的大小和反馈增益的大小。3测试结果该开关电源在交流220V输入、负载率80%下测得四路输出电压如图四，分别为+11.8V、-11.7V、+4.94V和+3.27V，输出电压精度均在3%以内，同时测得其电源负载调整率在2%以内，符合电能质量监测装置的供电要求。4结论TOPS8pt0pt17pt"class=Pa7>【