多路輸出單端反激式開關電源設計(2)

2012年03月13日 15:00 來源:本站整理 作者:秩名 我要評論(0)

  輸出環節設計

  以+5V輸出環節為例,次級線圈上的高頻電壓經過UF5401型100V/3A的超快恢復二極管D7,由于+5V輸出功率相對較大,于是增加了后級LC濾波器,以減少輸出紋波電壓。濾波電感L2選用被稱作“磁珠”的3.3μH穿心電感,可濾除D7在反向恢復過程中產生的開關噪聲。

  對于其他兩路輸出,只需在輸出端分別加上濾波電容。其中R3、R4分別為輸出的假負載,它們能降低各自輸出端的空載和輕載電壓。

  反饋環節設計

  反饋同路主要由PC817和TL431及若干電容、電阻構成。其中U2為TL431,它為可調試精密并聯穩壓器,利用電阻R5、R6分壓獲得基準電壓值。通過調節R5、R6的值可以調節輸出電壓的穩壓值。C8為TL431的頻率補償電容,可以提高TL43l的瞬態頻率響應。C7為軟啟動電容,取C7=22μF時可增加4ms的軟啟動時間,在加上TOP222G本身已有的10ms軟啟動時間,則總共為14ms。

  U3為PC817型線性光耦合器,其電流傳輸比(CTR)范圍為80%~160%,,能夠較好地滿足反饋回路的設計要求,而目前國內常用的4N25、4N26屬于非線性光耦合器,不宜采用。反饋繞組上產生的電壓經D4、C9整流濾波,獲得非隔離式+12V輸出,為PC817接收管的集電極供電。由于反饋繞組輸出電流較小,次級采用D4硅高速開關管1N4148。光耦PC817能將+5V輸出與電網隔離,其發射極電流送至TOP222G的控制端,用來調節占空比。

  C3為控制端旁路電容,它能對控制回路進行補償并設定自動重啟頻率。當C3=47μF時,自動重啟頻率為1.2Hz,即每隔0.83s檢測一次調節失控故障是否已經被排除,若確認已被排除,就自動重啟開關電源恢復正常工作。

  R2為PC817中LED的外部限流電阻。實際上除了限流保護作用外,他對控制回路的增益也具有重要影響。當R2改變時,會依次影響到下列參數值:IF→IC→D→UO,也就相當于改變了控制回路的電流放大倍數。

  下面簡要分析一下反饋回路實現穩壓的工作原理。當輸出電壓UO發生波動且變化量為UO時,通過取樣電阻R5、R6分壓后,就使TL431的輸出電壓UK也產生相應的變化,進而使PC817中LED的工作電流IF改變,最后通過控制端電流IC的變化量來調節占空比D,使UO產生相反的變化,從而抵消UO的波動。上述穩壓過程可歸納為:

  UO ↑→UK ↓→IF ↑→IC ↑→D ↓→UO↓→最終使UO不變。

  其余各路輸出未加反饋,輸出電壓均由高頻變壓器的匝數來確定。

  變壓器設計

  變壓器的設計是整個電源設計的關鍵,它的好壞直接影響電源性能。

  磁芯及骨架的確定

  由于本文選用漆包線繞制,而且EE型磁芯的價格低廉,磁損耗低且適應性強,故選擇EE22,其磁芯長度A=22mm。從廠家提供的磁芯產品手冊中可查得磁芯有效橫截面積SJ=0.41cm2,有效磁路長度1=3.96cm,磁芯等效電感AL=2.4μH/匝2,骨架寬度b=8.43mm。

  確定最大占空比Dmax

  根據公式:

  

  其中,UOR=135V,直流輸入最小電壓值UImin=90V,MOSFET的漏-源導通電壓UDS(ON)=10V,代入上式得:Dmax=64.3%,接近典型值67%。Dmax隨著輸入電壓的升高而減小。

  計算初級線圈中的電流

  輸入電流的平均值IAVG為:

  

  初級峰值電流IP為:

  

  其中,KRP為初級紋波電流IR與初級峰值電流IP的比值,當電壓為寬范圍輸入時,可取0.9。將Dmax=64.3%代入得,IP=0.518A。

  確定初級繞組電感LP

  

  其中,損耗分配系數Z=0.5,IP=0.518A,KRP=0.4,PO=10W,代入得:LP≈1265μH。

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