《 基于TOP244的开关电源设计 》

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1、基于TOP244的开关电源设计黄飞1.2.v1.开关电源与TOPv2.基于TOP的电路设计v3.本次电源设计心得，后语3.1.开关电源与TOPv开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道 通与截止将直流电转化为高频率的交流电提供给 变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电 压。转化为高频交流电的原因是高频交流在变压器 变压电路中的效率要比高很多所以开关 变压器可以做的很小，而且工作时不是很热.成本很 低如果不将变为高频那开关电源就没有 意义。开关变压器也不神秘就是一个普通的变压 器.这就是开关电源.4.v简单地说,开关电源的工作原理是:v1.交流电源输入经整流滤波成直流;v2.通过高频P

2、WM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变 压器初级上;v3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;v4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳 定输出的目的.5.开关电源自20世纪70年代开始应用以来，涌现出许 多功能完备的集成控制电路，使开关电源电路日益 简化，工作频率不断提高，效率大大提高，并为电 源小型化提供了广阔的前景。早期的三端离线式脉 宽调制单片开关集成电路TOP将PWM控制器与功率 开关MOSFET合二为一封装在一起，已成为开关电 源IC发展的主流。采用TOP开关集成电路设计开关 电源，可使电路大为简化，体积进一步缩小，成本

3、也明显降低。TOP24X系列开关电源芯片是目前使 用的比较多的控制芯片。6.TOP 24X系列开关 电源芯片的命名和封装 1TOP 24X开关电源的基本原理 按封装形式，TOPSwitch-GX分为三种类型 ： （1）Y型：采用单列直插TO-220-7C封装 ；（2）P型：采用双列直插式DIP-8B封装；(3) G型：采用表面帖封式SMD-8B封装 。 Y型封装需外加散热器，P/G型封装可借助 印刷板上公共地区域来代替散热器，将S 极焊接在敷铜板上。7.v漏极管脚(D):高压功率MOSFET漏极输出。v控制管脚(C):用于调节占空比的误差放大器v源极 管 脚 (S):将其连接至输出MOSFET

4、源极可得 到高压功率回馈。vL：为输入电压的欠压与过压检测端，该端同时还 具有远程遥控功能。vF：开关频率选择端。当F端接到源极时，其开关频 率为132kHz，而当F端接到控制端时，其开关频率 为66kHz。8.vX：外部电路流定调整端。在X端与源极之间接入不同的电 阻，则开关电流可限定在不同的数值。若R1=12k，则流过 开关的电流被设定为额定值的69%；若R1=6k，则为额定 值的90%；也就是说，随着R1值的增大，开关允许流过的电 流随之减小。v此外，TOP switch-GX系列开关也可以当作一般的三端TOP 器件使用，只要在使用时将L、X、F端同时与源极相接即可 。但此时新增用户可配

5、置的功能将全部失效。vP、G封装的TOP switch-GX系列开关没有X、F端，但新增 有M端，其功能与Y封装中的L端的功能相同。9.v若在L端与输入电压正端接入2M的电阻， 那么，其v欠压保护值为：Vuv=100VDCv过压保护值为：Vou=450VDC10.v产品主要有如下性能特点：输出功率250W； 外围电路简单，成本低；在极低压或过冲情 况下能充分集成软启动；外部可编程精确电 流限制的高效率，低成本设计和功率可限电 路； 线性欠压保护，无关断干扰。 11.TOP 24X系列开关 电源芯片的内部结构 12.v芯片内部工作原理：v电源启动时，连接在漏极和源极之间的内部高压电 流源向控制极

6、充电，在Rs两端产生压降，经RC滤 波后，输入到PWM比较器的同相端，与振荡器产生 的锯齿波电压相比较，产生脉宽调制信号并驱动 MOSFET管，因而可通过控制极外接的电容充电过 程来实现电路的软启动。当控制极电压Uc达到5.8V 时，内部高压电流源关闭，此时由反馈控制电流向 Uc供电。 13.v在正常工作阶段，由外界电路构成电压负反馈控制 环，调节输出级MOSFET的占空比以实现稳压。当 输出电压升高时，Uc升高，采样电阻Rs上的误差电 压亦升高。而在与锯齿波比较后，将使输出电压的 占空比减小，从而使开关电源的电压减小。当控制 极电压低于4.8V时，MOSFET管关闭，控制电路处 于小电流等待

7、状态，内部高压电流源重新接通并向 Uc充电，其关断/自动复位滞回比较器可使Uc保持 在4.85.8V之间。当开关电源的负载很轻时，能自 动将开关频率从132kHz降低到30kHz(半频模式下 则由66kHz降至15kHz)，可降低开关损耗，进一步 提高电源效率。 14.由于TOPSwitch集成度高,设计工作 主要针对外围电路进行:外围电路可 分为输入整流滤波电路/钳位保护电 路/变压器/输出整流滤波电路及反 馈电路5部分.15.TOP 24X 开关电源芯片的典型应用16.反激式高频变压器的设计v 此开关电源设计的关键之一是变压器的设计。在此电路中，变压器不是 真正意义上的变压器，而更多的是一

8、个能量存储装置。变压器的能量变 化过程为：当TOP开关管导通时，电容 两端的电压加到反激变压器的一 次侧，流过一次侧绕组的电流线性增加。 开关管导通的瞬间变压器二 次侧电流不为零，则由于二次侧感应电势反向，二极管截止，二次侧电 流变为零，然而磁心 内的能量不能突变，故一次侧电流跃变为二次侧电 流的1K ， K为变压器变比），变压器储存能量；当 TOP开关管关断 时，电感一次侧电流由于没有回路.此时，稳压管的击穿电压因高于一次 侧的感应电势而截止而突变为零。变压器通过二次侧续流，二次侧电流 为TOP开关管关断时一次侧电流的K倍，二次侧绕组通过二极管对电容 充电，此后，流过变压器二次侧的电流线性下

9、降。由上述开关过程分析 得出：一次侧电流和二次侧电流不是同时流动的。因此它更多地被认为 是一个带有二次侧绕组的电感。17.2.基于TOP的电路设计v2.1 输入整流滤波电路设计v整流滤波电路包括输入交流滤波、整流、电 容稳压三部分。交流滤波可使用技术成熟的 PI型滤波电路,具体参数推荐如下:去除差模干 扰的C301和C303为0.1uF/400v;去除共模干 扰的C302、C304为2200pF/400v; 采取双线 并绕，整流电路选择导通时间尽可能短,满足 电流阈值的整流桥。18.19.v2.2变压器设计v由于该电源的输出功率较大,因此高频变压器的漏感 应尽量小,一般应选用能够满足132kH

10、z开关频率的 锰锌铁氧体,为便于绕制,磁芯形状可选用EI或EE型, 变压器的初、次级绕组应相间绕制。v高频变压器的设计由于要考虑大量的相互关联变量, 因此计算较为复杂,为减轻设计者的工作量美国功率 公司为TOPSwitch开关电源的高频变压器设计设计 了一套软件，主要用这套软件设计变压器。20.2.3钳位保护电路v每个开关周期内,TOPSwitch的关断将导致变 压器漏感产生尖峰电压。D302和D303构成 的钳位电路防止了此电压对TOPSwitch的损 坏, D302和D303的选择由反射电压VOR决 定。VOR推荐值135V,D302钳位电压VCLO 可由经验公式VCLO=1.5VOR得出

11、, D303的 耐压值应大于VMAX并选择快恢复二极管。 本设计中稳压管选用P6KE200，二极管选用 BYV26C。21.v由于P6KE200上并联R302和C307，在正常 工作时，R302几乎承担了所有的泄放能量， 而在启动或超载的情况下， P6KE200又限制 了尖峰电压不超过TOP中MOSFET管的安全 电压o22.23.v2.4 反馈电路设计v反馈回路的形式依据输出电压精度而决定,本方案使 用的光耦+TL4310可以把输出电压 精度控制在 1%。电压反馈信号经分压网络(R326，R317)引入 TL431的Ref端，获得取样电压后,将与TL431中的 2.5V基准电压进行比较并输出

12、误差电压,然后通过光 耦改变TOP244的控制端电流Ic,再通过改变占空比 来调节输出电压U使其光耦（ PC817）工作在线性 状态,起隔离作用。R303，C308构成的尖峰电压经 滤波后可使偏置电压即使在负载较重时,也能保持稳 定。24.25.2.5 输出整流滤波电路设计26.v输出整流滤波电路由整流二极管和滤波电容构成。 输出整流二极管的开关损耗占系统损耗的六分之一 到五分之一,是影响开关电源效率的主要因素,包括: 正向导通损耗和反向恢复损耗。由于肖特基二极管 导通时正向压降较低,因此具有更低的正向导通损耗 。此外,肖特基二极管反向恢复时间短,在降低反向 恢复损耗以及消除输出电压中的纹波方面有明显的 性能优势。27.v输出整流滤波电路由整流二极管和滤波电容 构成。整流二极管选用肖特基二极管可降低 损耗并消除输出电压的纹波,但肖特基二极管 应加上功率较大的散热器;电容器一般应选择 低ESR(等效串联阻抗)的电容。为提高输出 电压的滤波效果,滤除开关所产生的噪声,在整 流滤波环节的后面通常应再加一级LCC滤波 环节。28.3.本次电源设计心得，后语v本次电源设计心得：v1画PCB图 布局很重要，关系到整个图的 设计。v2焊板 主要是焊工不熟练，对贴片等元器 件会容易出现虚焊的现象。v3调试 29.v具体设计结果30.谢谢！31.谢谢！32.谢谢！33.谢谢！34.