開(kāi)關(guān)電源自問(wèn)世以來(lái)，就以其穩(wěn)定，高效，節(jié)能等優(yōu)良特性而成為穩(wěn)壓電源的重要產(chǎn)品。隨著pWM技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，開(kāi)關(guān)電源更是得到了廣泛的應(yīng)用，以往開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)通常采用控制電路與功率管相分離的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但這種方法存在成本高、系統(tǒng)可靠性低等問(wèn)題。美國(guó)功率集成公司pOWER開(kāi)發(fā)的TOp-Switch和DpA-Switch系列新型智能高頻開(kāi)關(guān)電源集成芯片解決了這些問(wèn)題，該系列芯片將自啟動(dòng)電路、功率開(kāi)關(guān)管、pWM控制電路及保護(hù)電路等集成在一起，從而提高了電源的效率，簡(jiǎn)化了開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，更是因其高性?xún)r(jià)比、簡(jiǎn)單的外圍電路、小體積與重量和無(wú)工頻變壓器隔離方式等優(yōu)勢(shì)而成為穩(wěn)壓電源中的佼佼者。隨著各種不同的單片開(kāi)關(guān)電源芯片及其電路拓?fù)涞膽?yīng)用和推廣，被廣泛地應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備中，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一環(huán)，單片開(kāi)關(guān)電源越來(lái)越體現(xiàn)出巨大的實(shí)用價(jià)值和美好前景，使開(kāi)關(guān)電源發(fā)展到一個(gè)新的時(shí)代。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源有多種類(lèi)型，其中單端反激式開(kāi)關(guān)電源，由于線路簡(jiǎn)單，所要的元器件少，而受到重視。

2開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)和原理

本文以風(fēng)力發(fā)電控制器中應(yīng)用的電源為例介紹此設(shè)計(jì)方法的原理。

設(shè)計(jì)原理圖如圖1：

為了更加透徹的分析此設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，原理，把原理圖分為以下五個(gè)部分加以分析和設(shè)計(jì)：DpA部分，反饋部分，變壓器部分，輸出部分，其他部分。

電源的基本條件：輸入電壓范圍48-60V，輸出功率40W，輸出電壓為一路15V，三路20V。

[page]2.1DpA部分

原理圖中的接法是DpA的一種典型外圍電路，其中S引腳作為公共端；F引腳是頻率選擇端，直接接到S端頻率為400kHz，。必要時(shí)還可將開(kāi)關(guān)頻率選擇端F改接控制端C，選擇300kHz的半頻方式，以進(jìn)一步降低干擾；X為外部電流限制端，接電阻R1，R2限制內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電流，隨著輸入電壓的升高，增大R1將降低這種電流限制，防止輸出的過(guò)電流，控制這個(gè)電流限制將降低變壓器副邊元件的應(yīng)力值和漏感尖峰值，這就使得輸出部分可以選擇更低耐壓值的整流二極管；D是DpA425內(nèi)部MOSFET的漏極端，直接接電源的正極，L引腳是欠壓過(guò)壓保護(hù)端，接R3=619k是一個(gè)典型值，電壓閥值為：欠壓33V,過(guò)壓86V；C引腳是控制端，啟動(dòng)后由變壓器的偏執(zhí)繞組經(jīng)整流后供電，C2用于DpA本身的解耦，應(yīng)該盡可能的靠近C引腳和S引腳，C3供應(yīng)啟動(dòng)所需的能量和自重啟動(dòng)的時(shí)間。輸入電壓范圍為16-75VDC，輸出功率最大可達(dá)52W，滿足此電源要求。

2.2變壓器部分

在這個(gè)電源設(shè)計(jì)中，變壓器設(shè)計(jì)是一個(gè)重點(diǎn)。雖然關(guān)于電源來(lái)說(shuō)，各種保護(hù)也是很重要的，例如過(guò)電流保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)及欠電壓保護(hù)等，但這些已經(jīng)都集成在了DpA芯片中，無(wú)須在外圍搭設(shè)這些保護(hù)電路。

變壓器的設(shè)計(jì)重要是選擇磁芯材料，尺寸和形狀；計(jì)算原副邊的匝數(shù)，和匝比；選擇合適的漆包線，重要是線徑；計(jì)算氣隙的大小；計(jì)算變壓器的效率；選擇合適的骨架等等。根據(jù)Ap法，軟件法等計(jì)算磁芯的有效截面積，考慮一定的裕量，選擇合適大小的磁芯。本設(shè)計(jì)中，選擇鐵氧體材料，EI型的磁芯，有效截面積Ae為91.2mm，窗口面積Aw為150.1mm，氣隙為1.5mm。原副邊匝數(shù)和匝比，根據(jù)原副邊電壓而定，漆包線選擇國(guó)產(chǎn)線徑為0.45。

S1為原邊輸入，24匝；S2為偏執(zhí)繞組，5匝；S3為15V輸出繞組，8匝；S4為20V的主輸出繞組，8匝；S5為20V的輔輸出繞組，9匝。偏執(zhí)繞組電壓經(jīng)D2整流，C4濾波，R5分壓限流后，C4正端接至pC817的4端，給其內(nèi)部三級(jí)管供應(yīng)正向偏執(zhí)電壓，使三級(jí)管導(dǎo)通，為DpA的C引腳供電，C4的負(fù)端接公共端。

2.3輸出部分

多路輸出開(kāi)關(guān)電源廣泛應(yīng)用在各種復(fù)雜小功率電子系統(tǒng)中，就多路輸出而言，通常只有輸出電壓低、輸出電流變化范圍大的一路作為主電路進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)控制，以保證在輸入電壓及負(fù)載變化時(shí)保持輸出電壓穩(wěn)定，由于受變壓器各個(gè)繞組間的漏感和繞組電阻等的影響，輔助輸出電壓隨輸出負(fù)載的變化而變化，通常，當(dāng)主輸出滿載和輔助輸出輕載時(shí)，輔助輸出電壓將升高，而當(dāng)主輸出輕載和輔助輸出滿時(shí)，輔助輸出電壓將降低。

基于上述對(duì)多路輸出的描述，考慮在本設(shè)計(jì)中，20V的輸出功率較大，取20V的一路作為主輸出，即用于反饋的取樣，其他三路作為輔輸出，在主輸出中，整流二極管采用快恢復(fù)二極管BYW29，并且由于主輸出中二極管所要承受應(yīng)力較大，要性能較好的器件，C10，R10組成緩沖電路，有效降低輸出紋波電壓，并能防止D3在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)下出現(xiàn)自激振蕩（振鈴），輔輸出中用BYV26C就可以滿足要求，電解電容C8是濾波的用途，降低紋波，提高效率，L1和電容組成LC濾波，在輸出端還可以并接瓷介電容，可降低高頻噪音和紋波。由于輔輸出中電壓可能會(huì)波動(dòng)，采用線性三端穩(wěn)壓器7815，LM317穩(wěn)定輸出電壓，LM317的輸出電壓可以在1.2-37V之間調(diào)整，只需調(diào)整R11的電阻值，C9是在LM317離輸入源較遠(yuǎn)時(shí)并接的，C11可以改善瞬態(tài)響應(yīng)特性，這兩個(gè)電容最好使用鉭電解電容。關(guān)于線性三端穩(wěn)壓器，只有輸入電壓高于所要輸出的電壓值時(shí)才起用途，才能得到穩(wěn)定的電壓值，基于此就要求變壓器的輔輸出繞組要考慮裕量，即比預(yù)計(jì)的多繞出1-2匝數(shù)，使負(fù)載變化引起的電壓波動(dòng)不影響電源的輸出電壓穩(wěn)定。

2.4反饋部分

反饋的目的就是使主輸出電壓穩(wěn)定，R8和R9分壓采樣主輸出電壓，R8使用可調(diào)精密電阻，調(diào)節(jié)R8使可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器KA431的1端電壓為2.5V；R6，R7起限流的用途，因?yàn)閜C817的1，2端所允許通過(guò)的電流很小，要選擇合適的R6，防止損壞元件；C7是頻率補(bǔ)償環(huán)節(jié)，有助于改善KA431的特性；C6起軟啟動(dòng)的用途，防止啟動(dòng)時(shí)的輸出過(guò)沖；pC817中當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，電流成比例的驅(qū)動(dòng)其內(nèi)部三級(jí)管，只要4端有正電壓足夠三級(jí)管導(dǎo)通，pC817就能正常工作，這里pC817重要起隔離的用途。3端接至DpA的C端，這樣就可以把采樣的信號(hào)送入DpA，當(dāng)主輸出電壓波動(dòng)時(shí)，DpA將及時(shí)調(diào)整導(dǎo)通比，使輸出電壓保持不變。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，KA431的1端電壓將高于2.5V，KA431內(nèi)部的晶體管將導(dǎo)通，使得流過(guò)pC817的1，2兩端電流增大，成比例的三級(jí)管門(mén)極電流增大，導(dǎo)通的電流增大，使得流入C引腳的電流Ic增大，DpA內(nèi)部的MOSFET的占空比將減小，使得的輸出電壓減小，使輸出穩(wěn)定到原值。反之當(dāng)輸出減小時(shí)，MOSFET的占空比將增大，輸出將增大，也使輸出穩(wěn)定到原值。

[page]2.5其他部分

D1采用p6KE10，D2采用BYV26，D1，D2起保護(hù)原邊繞組的用途，防止瞬態(tài)電壓過(guò)高損壞變壓器，替代了價(jià)格較高的TVS（瞬態(tài)電壓抑制器）。

C5稱(chēng)為“Y電容"，接在高壓與地之間，能濾除初、次級(jí)耦合電容出現(xiàn)的共模干擾。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

輸出電壓波形如圖2,3所示,其中波形從上到下依次為：CH1，主20V輸出；CH2，輔20V輸出；CH4，15V輸出，輸入電壓調(diào)整范圍為33.5V-66V，負(fù)載變化調(diào)整范圍為空載到大約50W，輸出電壓基本保持穩(wěn)定不變，并且輕載時(shí)輸出電壓紋波很小，隨著負(fù)載的增大，輸出電壓的紋波會(huì)增大，但并不影響其穩(wěn)定，整套系統(tǒng)呈現(xiàn)出良好的穩(wěn)定特性，電源效率為75%。

圖2輕載時(shí)的電壓輸出波形圖3接近滿載時(shí)的電壓輸出波形

4結(jié)論

DpA-Switch系列開(kāi)關(guān)電源具有單片集成化、外圍電路簡(jiǎn)單、性能指標(biāo)最佳、無(wú)工頻變壓器、能完全實(shí)現(xiàn)電氣隔離等顯著特點(diǎn)，極大簡(jiǎn)化100W以下開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，能大大縮短開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)發(fā)周期。多路輸出電源被廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制系統(tǒng)和其他電力電子設(shè)備中作為輔助電源，本文設(shè)計(jì)的多路輸出電源經(jīng)實(shí)際應(yīng)用證明是穩(wěn)定，可靠的，稍加改動(dòng)就可應(yīng)用在其他控制系統(tǒng)和電路中。

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