《要求电源尺寸尽量小并能将电源部分与仪表主控部分做在同一》由会员分享，可在线阅读，更多相关《要求电源尺寸尽量小并能将电源部分与仪表主控部分做在同一（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、本文设计的开关电源将作为智能仪表的电源， 最大功率为 10 W。 为了减少 PCB 的数量和智能仪表的体积，要求电源尺寸尽量小并能将电源部分与仪表主控部分做在同一个 PCB 上。 考虑 10W 的功率以及小体积的因素，电路选用单端反激电路。单端反激电路的特点是：电路简单、体积小巧且成本低。单端反激电路由输入滤波电路、脉宽调制电路、功率传递电路(由开关管和变压器组成)、输出整流滤波电路、误差检测电路(由芯片 TL431 及周围元件组成)及信号传递电路(由隔离光耦及电阻组成)等组成。本电源设计成表面贴装的模块电源，其具体参数要求如下： 输出最大功率：10W 输入交流电压：85265V 输出直流电压
2、电流：+5V，500mA；+12V，150mA；+24V，100mA 纹波电压：120mV 单端反激式开关电源的控制原理 所谓单端是指 TOPSwitch-II 系列器件只有一个脉冲调制信号功率输出端一漏极 D。反激式则指当功率MOSFET 导通时， 就将电能储存在高频变压器的初级绕组上， 仅当 MOSFET 关断时， 才向次级输送电能，由于开关频率高达 100kHz，使得高频变压器能够快速存储、释放能量，经高频整流滤波后即可获得直流连续输出。这也是反激式电路的基本工作原理。而反馈回路通过控制 TOPSwitch 器件控制端的电流来调节占空比，以达到稳压的目的。 TOPSwitch-系列芯片选
3、型及介绍 TOPSwitch-系列芯片的漏极(D)与内部功率开关器件 MOSFET 相连， 外部通过负载电感与主电源相连，在启动状态下通过内部开关式高压电源提供内部偏置电流， 并设有电流检测。 控制极(C)用于占空比控制的误差放大器和反馈电流的输入引脚，与内部并联稳压器连接，提供正常工作时的内部偏置电流，同时也是提供旁路、自动重起和补偿功能的电容连接点。源极(S)与高压功率回路的 MOSFET 的源极相连，兼做初级电路的公共点与参考点。 内部输出极 MOSFET 的占空比随控制引脚电流的增加而线性下降， 控制电压的典型值为 5.7 V，极限电压为 9 V，控制端最大允许电流为 100 mA。
4、在设计时还对阈值电压采取了温度补偿措施，以消除因漏源导通电阻随温度变化而引起的漏极电流变化。当芯片结温大于 135时，过热保护电路就输出高电平，关断输出极。此时控制电压 Vc 进入滞后调节模式，Vc 端波形也变成幅度为 4.7V5.7V 的锯齿波若要重新启动电路，需断电后再接通电路开关，或者将 Vc 降至 3.3V 以下，再利用上电复位电路将内部触发器置零，使 MOSFET 恢复正常工作。 采用 TOPSwitch-系列设计单片开关电源时所需外接元器件少，而且器件对电路板布局以及输入总线瞬变的敏感性大大减少，故设计十分方便，性能稳定，性价比更高。 对于芯片的选择主要考虑输入电压和功率。 由设计
5、要求可知， 输入电压为宽范围输入， 输出功率不大于 10W，故选择 TOP222G。 电路设计 本开关电源的原理图如图 1 所示。 电源主电路为反激式，C1、L1、C2，接在交流电源进线端，用于滤除电网干扰，C5 接在高压和地之间，用于滤除高频变压器初、次级后和电容产生的共模干扰，在国际标准中被称为“Y 电容“。C1 跟 C5 都称作安全电容，但 C1 专门滤除电网线之间的串模干扰，被称为“X 电容“。 为承受可能从电网线窜入的电击，可在交流端并联一个标称电压 u1mA 为 275V 的压敏电阻 VSR。 鉴于在功率 MOSFET 关断的瞬间，高频变压器的漏感产生尖峰电压 UL，另外，在原边上
6、会产生感应反向电动势 UOR，二者叠加在直流输入电压上。典型的情况下，交流输入电压经整流桥整流后，其最高电压UImax=380V，UL165V，UOR=135V，贝 UOR+UL+UOR680V。这就要求功率 MOSFET 至少能承受 700V 的高压，同时还必须在漏极增加钳位电路，用以吸收尖峰电压，保护 TOP222G 中的功率MOSFET。本电源的钳位电路由 D2、D3 组成。其中 D2 为瞬态电压抑制器(TVS)P6KE200，D3 为超快恢复二极管 UF4005。当 MOSFET 导通时，原边电压上端为正，下端为负，使得 D3 截止，钳位电路不起作用。在 MOSFET 截止瞬间，原边电
7、压变为下端为正，上端为负，此时 D1 导通，电压被限制在 200V左右。 输出环节设计 以+5V 输出环节为例，次级线圈上的高频电压经过 UF5401 型 100V3A 的超快恢复二极管 D7，由于+5V 输出功率相对较大，于是增加了后级 LC 滤波器，以减少输出纹波电压。滤波电感 L2 选用被称作“磁珠“的 3.3H 穿心电感，可滤除 D7 在反向恢复过程中产生的开关噪声。 对于其他两路输出，只需在输出端分别加上滤波电容。其中 R3、R4 分别为输出的假负载，它们能降低各自输出端的空载和轻载电压。 反馈环节设计 反馈同路主要由 PC817 和 TL431 及若干电容、电阻构成。其中 U2 为
8、 TL431，它为可调试精密并联稳压器，利用电阻 R5、R6 分压获得基准电压值。通过调节 R5、R6 的值可以调节输出电压的稳压值。C8 为TL431 的频率补偿电容，可以提高 TL43l 的瞬态频率响应。C7 为软启动电容，取 C7=22F 时可增加4ms 的软启动时间，在加上 TOP222G 本身已有的 10ms 软启动时间，则总共为 14ms。 U3 为 PC817 型线性光耦合器，其电流传输比(CTR)范围为 80160，能够较好地满足反馈回路的设计要求，而目前国内常用的 4N25、4N26 属于非线性光耦合器，不宜采用。反馈绕组上产生的电压经 D4、C9 整流滤波，获得非隔离式+1
9、2V 输出，为 PC817 接收管的集电极供电。由于反馈绕组输出电流较小，次级采用 D4 硅高速开关管 1N4148。光耦 PC817 能将+5V 输出与电网隔离，其发射极电流送至 TOP222G 的控制端，用来调节占空比。 C3 为控制端旁路电容，它能对控制回路进行补偿并设定自动重启频率。当 C3=47F 时，自动重启频率为 1.2Hz，即每隔 0.83s 检测一次调节失控故障是否已经被排除，若确认已被排除，就自动重启开关电源恢复正常工作。 R2 为 PC817 中 LED 的外部限流电阻。实际上除了限流保护作用外，他对控制回路的增益也具有重要影响。当 R2 改变时，会依次影响到下列参数值：IFICDUO，也就相当于改变了控制回路的电流放大倍数。
