【文章內(nèi)容簡介】 組成部分之一，其有 一下幾種 基本類型： 降壓型、升壓型、升降壓型、 正激式、反激式、推挽式、半橋式和全橋式轉(zhuǎn)換器。 因系統(tǒng)需求，本文在主電路上采用單端反激式拓撲結(jié)構(gòu)。下面就對這一結(jié)構(gòu)主電路進行討論分析 。 單端反激式電路分析 工作原理 圖 22 為單端反激式變換器的拓撲結(jié)構(gòu)： 第二章 PWM 開關(guān)電源的原理 9 U i nDCR+U oT..SL 1 L 2L1iL2ioi 圖 22 單端反激式變換器的拓撲結(jié)構(gòu) 圖中變壓器的原邊電感和副邊電感的極性相反， inU 為輸入直流電壓，開關(guān)S為高頻斬波開關(guān)， C為輸出濾波電容， R 為電阻負載， L1i 為原邊電感電流， L2i為副邊電感電流； oU 和 oi 為輸出電壓和電流，參考方向如圖中所示。 單端反激式變換器又稱電感儲能式變換器，其變壓器兼有儲 能、變壓、隔離三重作用。所謂單端，指變壓器磁芯僅工作在其磁滯回線的一側(cè)。當高壓開關(guān)管 S 導(dǎo)通時，直流輸入電壓 inU 加在原邊繞組 L1 兩端，在變壓器原邊電感線圈中儲存能量，由于副邊繞組感應(yīng)電壓為上負下正，使二極管 D 反偏而截止，副邊回路無電流流過，此時電源能量轉(zhuǎn)化為磁能存儲在電感中。當 S 截止時，原邊電壓極性反向，使副邊電壓極性反轉(zhuǎn)過來，從而二極管 D 導(dǎo)通，儲存在變壓器中的能量傳遞給負載，同時給輸出電容 C 充電，此時磁能轉(zhuǎn)化為電能釋放出來。當開關(guān)管重新導(dǎo)通時，負載電流由電容 C 來提供， 同時變壓器原邊重新儲能，如此反復(fù)。從以上電路分析可以看出， S導(dǎo)通時，副邊回路無電流； S截止時，副邊回路有電流，這就是稱之為“反激”的含義。 根據(jù)副邊繞組放電時間的不同，單端反激式電源分為 3 種工作模式：不連續(xù)工作模式（ DCM）、臨界工作模式和連續(xù)工作模式（ CCM）。 基本關(guān)系式 共同關(guān)系式 第二章 PWM 開關(guān)電源的原理 10 開關(guān)管導(dǎo)通期間，流過繞組 N1 的電流 1i 線性增長，流過 N1 的電流增量為 DTLUTLUi inonin 111 ??? （ 21） 式中 T 為開 關(guān)周期， D 為占空比。 開關(guān)管截止期間，流過繞組 N2 的電流 2i 線性減小，設(shè)電流線性減小的時間是 t? ，則流過 N2 的電流增量為 tLUi o ??? 22 （ 22） 開關(guān)管截止期間， N1上感應(yīng)電壓與電源電壓 inU 一起加在開關(guān)管的 CE結(jié)上，開關(guān)管承受的電壓為 21NNUUU oinCE ?? 連續(xù)工作模式 如果電流連續(xù)（含臨界 工作模式）， TDTt off )1( ???? ，輸出電壓的表達式為 DDNNUU io ?? 112 （ 23） DTLUDINNDTLUDU IUI inoin oo 11211( m a x )1 212 ????? （ 24） 不連續(xù)工作模式 由于在 T 導(dǎo)通期間儲存的能量 2/2(max)11ILW j ? ，因此電源輸入功率 iP 為 2( m a x)1121 ILTTWP ji ?? （ 25） 如果電流不連續(xù)， T 導(dǎo)通 的起始電流為 0，則onTLUI 11(max)1 ?，假設(shè)電路沒有損耗、轉(zhuǎn)換效率為 1，輸入功率 iP 應(yīng)與輸出功率 oP 相等，設(shè)輸出負載電阻為 LR ，則有 第二章 PWM 開關(guān)電源的原理 11 Loonino RUTLTUP 21222 ?? （ 26） 從而可以得到不連續(xù)工作模式輸出電壓的表達式為 TLRTUU Lonino 12? （ 27） 從上 式可以看出，在不連續(xù)工作模式工作時，輸出電壓與輸入電壓和導(dǎo)通時間成正比，與負載電阻的平方根成正比，負載電阻越大，輸出電壓越高。因此，這種變換器的負載不能開路。 第三章 系統(tǒng)設(shè)計 12 第三章 系統(tǒng)設(shè)計 技術(shù)指標 本課題來源于生產(chǎn)實際。機頂盒電源性能要求較高，本設(shè)計采用開關(guān)型電源具有功耗低、效率高、穩(wěn)壓效果好的特點。 設(shè)計要求如下： １、 輸入電壓： AC220 V，177。 10%， 50HZ． ２、 輸出電源 4 檔如下： U01 = I01 = 3A U02 = 5V I02 = U03 = 18V I03 = 550mA U04 = 30V I04 =100mA U05= 5V I05=100mA ３、 穩(wěn)壓范圍：當電網(wǎng)波動范圍在 185V— 255V時，能保持輸出電壓的變化在 2%以下。 ４、 輸出紋波電壓： Uγ ≤ 3mv 開關(guān)電源電路框圖 開關(guān)電源電路 框圖 如 圖 31： 第三章 系統(tǒng)設(shè)計 13 圖 31 開關(guān)電源電路框圖 開關(guān)電源電路中關(guān)鍵元器件的選擇與設(shè)計 控制器 芯片 TOP233Y TOPSwitchFX系列是美國 Power公司于 2021年最新研制的具有高性價比的5端單片開關(guān)電源集成電路。設(shè)計先進，功能完善，外圍電路簡單，使用非常靈活，“ FX”即有靈活“ flexible”之意。 TOPSwitchFX 配置外圍電路后，能實現(xiàn)多達 1 4 種控制功能，其中包括適配微控制 (MCU)或通過局域網(wǎng) (LAN)來遙控開關(guān)電源通／斷的功能。因此． TOPSwitchFX 是目前設(shè)計 75W 以下高效率、多功能、單路或多路輸出反激式開關(guān)電源的最佳選擇。此外，該系列產(chǎn)品還可構(gòu)成 PC 機的待機電 源 (Standby Supply)、機頂盒電源 (SetTOP Box Power Supply)、電源適配器和由微處理器控制的開關(guān)電源。 性能特點及產(chǎn)品分類 1．性能特點 (l)該系列產(chǎn)品除具備 TOPSwitchII系列的全部優(yōu)點之外，還增加了軟啟動、外部沒定極限電流、過壓關(guān)斷、欠壓保護、過熱滯后關(guān)斷、遙控和同步等功能。適配微控制器或局域網(wǎng)遠程啟動或關(guān)斷開關(guān)電源。 第三章 系統(tǒng)設(shè)計 14 (2)改變開關(guān)頻率選擇端和多功能端的外部接線，可實現(xiàn) 1 4 種控制功能：全頻工作方式、半頻工作方式、過壓和欠壓保護、僅過壓保護、僅欠壓保護、從 外部設(shè)定極限電流及控制開關(guān)電源通斷等。 (3)采用高壓 CMOS 電路的專利技術(shù)，實現(xiàn)了高壓 MOSFET 與低壓控制電路的單片集成化。 (4)增加了外部可編程設(shè)定極限電 Ilimin 的功能，只須改變多功能端外接電阻的阻值，即可重新設(shè)定 Ilimin 值，設(shè)定范圍是 (40%90%)Ilimin. (5)為降低傳導(dǎo)噪聲干擾，專門增加了頻率抖動功能。開關(guān)能以 250Hz 的頻率抖動，抖動偏移量△ f=4kHz。將開關(guān)頻率限制在很窄的波段內(nèi)抖動，能降低130kHz 固定頻率的高次諧波干擾。 (6)當開關(guān)電源的負載減輕時，它采取跳 過周期的方式來降低占空比，使輸出電壓長保持穩(wěn)定，即使空載時也不用接假負載。 2． 產(chǎn)出分類 TOPSwitchFX 系列可劃分成 3 種類型． 9 種型號，其最大輸出功率見表 1。后綴 P， G分別表示 DIP SMD8封裝； Y代表 TO2207B 封裝。 第三章 系統(tǒng)設(shè)計 15 表 1 TOPSwitchFX系列產(chǎn)品分類及最大輸出功率 Pom 功率 /W 固定輸入電壓 （ AC230V） 寬范圍輸入電壓 （ AC 85～ 265V） 密封式電源模塊 敞開式電源 密封式電源模塊 敞開式電源 類型1 TOP232P G 9 15 10 TOP232Y 10 25 7 15 類型2 TOP233P G 13 25 9 15 TOP233Y 20 50 15 30 類型3 TOP234P G 16 30 11 20 TOP234Y 30 75 20 15 TOP233Y 的引腳功能 TOP233Y 的引腳排列如圖 32所爾。其中， TO2207B 封裝有 5 個引出 端，它們分別為控制端 C、多功能端 M、源極 S、開關(guān)頻率選擇端 F和漏極 D。 DIP8和 SMD8 封裝沒有 F端．等效于 4端器件。多 功能端主要有 6種功能： (1)路過壓 (OV)保護； (2)線路欠壓 (UV)保護； (3)利用線路電壓前饋來降低占空比 Dmax； (4)從外部設(shè)定芯片的極限電流 I’ limin 輸 入 電 壓 型 號 第三章 系統(tǒng)設(shè)計 16 (5)遙控（亦稱遠程通／斷）； (6)外同步。將開關(guān)頻率選擇端接源極時，開關(guān)頻率 f= 130kHz。接控制端時．開關(guān)頻率變成 f／ 2=65kHz。若將 M、 F 端均接 S 極，則于三端模式下的TOPSwitchⅡ相似 . （ a） TO2207B封裝 （ b） DIPS8和 MD8封裝 圖 32 TOP233Y的引 腳排列 TOP233Y 的工作原理 第三章 系統(tǒng)設(shè)計 17 圖 33 TOP233Y的內(nèi)部框圖 TOP233Y 的內(nèi)部框圖如圖 33所示，主要由 15部分組成： （ 1）控制電壓源（由控制電壓 Uc 向并聯(lián)凋整器和門驅(qū)動級提供偏壓，而控制端電流 lc則能調(diào)節(jié)占空比）； （ 2）帶隙基準電壓源（給內(nèi)部提供各種基準電壓）； （ 3）頻率抖動振蕩器 (產(chǎn)生鋸齒波 SAW、時鐘信號 CLK 和最大占空比信號Dmax； (4)并聯(lián)調(diào)整器 /誤差放大器； （ 5）脈寬調(diào)制器（ 含 PWM 比較器和觸發(fā)器，通過改變控制端電流 Ic 的大小，連續(xù)調(diào)節(jié)脈沖占空比）； （ 6）過流保護電路； （ 7）驅(qū)動級和輸出級 (內(nèi)含耐壓為 700V 的功率開關(guān)管 MOSFET)； 第三章 系統(tǒng)設(shè)計 18 (8)具有滯后特性的過熱保護電路 (當芯片結(jié)溫 Tj135℃時關(guān)斷輸出級；當 Tj70℃時芯片才恢復(fù)正常工作）； （ 9）關(guān)斷自動重啟動電路 (當調(diào)節(jié)失控時，立即使芯片往低占空比下工作。倘若故障已排除，就自動重新啟動電源恢復(fù)正常工作）； （ 10）高壓電流源（提供偏流用）； （ 11）軟啟動電路 （ 12）欠壓比較器 （ 13）電流極限比較器； （ 14）線路比較器； （ 15）多功能端的內(nèi)部電路。 TOPSwitchFX 的工作原理是利用反饋電流Ic來調(diào)節(jié)占空比 D．達到穩(wěn)壓目的。例如，當輸出電壓 U0增加時，經(jīng)過光耦反饋電路使得 Ic 增大，使 D增大， U0 下降，最終使 U0不變。 1． 頻率抖動振蕩器及開關(guān)頻率的設(shè)定 所謂頻率抖動特性是指把開關(guān)頻率調(diào)制在很窄