基于反激式微功率开关电源设计

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时间:2019-01-09

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1、基于反激式微功率开关电源设计  摘要:本文设计并实现了一种微功率开关电源,该电源具有5V、12V双路输出,整体输出功率为5W,其拓扑结构采用反激式(Flyback)。与传统开关电源设计不同,本设计主要采用一个集成了700V的MOSFET、振荡器、频率抖动、简单的开/关控制、电流保护等功能的开关电源控制芯片LNK364,从而大大简化了开关电源的电路,并且提高了可靠性,降低产品成本。本文将结合该思路对开关电源的设计进行详细阐述,并对设计进行了实验、结果分析。  关键词:开关电源;反激式;Flyback;L

2、NK364  中图分类号:TM464文献标识码:A  1前言  开关电源的设计涉及到的知识方方面面,不仅涉及到模拟数字电路,半导体元件特性,电磁学知识,还需要考虑产品散热,安全要求、电兼容性能等。传统的设计需要人工来完成,其步骤繁琐,工作量大,效率低。传统控制电路的外围器件多,结构繁冗,一个环节出现问题,电源就无法正常工作,产品可靠性差。  为了解决上述问题,本文特别选择PowerIntegrations公司的一款反击式开关电源控制芯片LNK364。该器件在一个单片IC上集成了一个7005V的功率MO

3、SFET、新颖的开/关控制状态机、一个自偏置的高压开关电流源、频率抖动、逐周期的电流限制及迟滞热关断电路,仅需要搭配少量阻容原件,即可和脉冲变压器配合实现基本开关电源的所有功能。并且其内部具有一个5.8V的自稳压电路,能够为芯片提供电源,并且提供一个1mA的输出,给反馈电路供电,从而省去了脉冲变压器的一个电源次级绕组,使得电源的设计电路更加简化。  2整体结构设计  作为一款微功率的电源设计,首选的拓扑结构为反激式,其拓扑结构简单,设计适应范围广,是一般小功率电源的首选拓扑,选用LNK364作为控制芯

4、片。电路设计如图1所示。  整个电路分为缓冲保护部分,EMC部分,整流滤波部分,PWM变送部分,整流输出部分和稳压反馈部分来进行设计。交流电源经过缓冲保护,EMC电路和整流滤波后转化成高电平直流信号,高电平直流信号经过PWM调制和脉冲变压器,转化成低电压交流脉冲信号,低电压交流脉冲信号经过整流输出部分转化成所需要的直流信号,直流信号上再接稳压反馈通过光耦将隔离后的开通/关断信号传输给开关电源控制芯片,从而完成输出端不同负载下的稳压功能。  3硬件设计  3.1缓冲保护电路设计  缓冲保护电路共包括两个

5、原件RQ1和MOV1。其中RQ1为辅温度系数电度,其主要用于缓冲开关电源上电瞬间电容充电电流,对电容起到一个保护作用。MOV1位压敏电阻,用于防止雷击等情况发生时的差模干扰,当有差模高电压进来的时候,其与RQ1共同形成一个电阻稳压电路将差模高电压信号滤除。RQ1选型为MT72-10D7,MOV1选型为14D471K。5  3.2EMC电路设计  EMC电路共有两个元件L1、C1,它们的主要作用为提高电源的电磁兼容性能。其中L1为环形共模电感,C1位X1型安规电容,L1和C1组合成为一个低通滤波电路,从

6、而衰减外部差/共模高频干扰对电源性能的影响。L1选择5.6mH/1A的环形共模电感,C1选择0.1uF/275V的X1行安规电容。  3.3整流滤波电路设计  整流滤波电路主要是将交流电源转换成直流,其由DB1、L2-3、C2-3组成。其中DB1为整流桥,根据开关电源控制芯片特性,控制芯片过流保护阈值为250mA,所以此处设计容量为1A就能满足要求,因此整流桥额定电流等于1A,反向击穿电压大于400V(275V*1.414)即可,此处选型GBP08(2A、800V)。L2-3选型为1mH/1A工型电感

7、,C2-3选型为6.8uF/450V电解电容。  3.4PWM变送电路设计  PWM变送电路由主控芯片,脉冲变压器和续流电路三部分组成。其中主控芯片(LNK364)内部包含一个700V的MOSFET及其控制器。内部连接到漏极的高压电流源在启动阶段提供偏置电流,从而省去了外部启动电路。其内部集成的振荡器能够给输出MOSFET提供132kHz的输出脉冲。5  此外,IC还集成了一些功能用于系统级的保护。自动重启动功能可以在过载、输出短路或开环条件下限制MOSFET、变压器及输出二极管中的功率耗散。自动恢复

8、迟滞热关断功能还可以在温度超过安全限值时禁止MOSFET开关。芯片通过控制内部的开关管不断的开通关断,将上级输出的高压直流信号转化成132kHz的脉冲信号。当开关管开通的时候,脉冲变压器的初级内流动的电流增加,达到峰值Ip。当开关管关断的时候,反激电压使输出二极管进入导通状态,同时初级线圈存储的能量为1/2LI^2传递到次级,提供负载电流,同时给输出电容充电。通过电压反馈电路可以调节初级脉冲的占空比来调节Ip的大小,从而起到稳压输出的作用。  这其中关键

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