应用于交流伺服系统多路输出开关电源设计

? ? t P ?? (6)式中， f 为工频交流电网频率; t 为二极管的导通时间，一般取3ms。铁芯所开气隙δ 为：8 2 10 max 10 (2 e ) o S ? ? K? S B ? ? P T (7)3.2.3 原副边绕组匝数计算及电感校核图2 中，原副边绕组匝数N1~N10，按式(8)~(17)

　　计算：4 1 1/21 0 1min 10 ( e ) N ? ?? ? S ? L ? ?? (8)(1)匝比计算：U2~U3 输出，匝数为N2、N3。考虑到肖特基二极管压降U5D，由反激电路输入输出电压关系可以得到：?113 12 max 2 5 max min ( ON )( D ) ON i n n T T U U T U ? ? ? ? ? (9)U4~U9 输出，匝数为N4～N9。考虑到超快速二极管压降U15D，同理得：?114 max 4 15 max min ( ON )( D ) ON i n T T U U T U ? ? ? ? (10)15 16 17 18 19 14 n ? n ? n ? n ? n ? n (11)反馈绕组电压为U10，匝数为N10，考虑到超快速二极管压降U12D，同理得：1110 max 10 12 max min ( ON )( D ) ON i n T T U U T U ? ? ? ? (12)

　　(2)各绕组匝数计算：12 3 12 1 N ? N ? (n )? N (13)以U2 为参考标准，计算其它副边绕组匝数及重新计算原边匝数：1 2 12 N ? N ? n (14)14 2 5 4 15 2 ( D ) ( D ) N ? U ?U ? U ?U N (15)

　　N5 ? N6 ? N7 ? N8 ? N9 ? N4 (16)110 2 5 10 12 2 ( D ) ( D ) N ? U ?U ? U ?U N (17)式(13)~(17)实际取值时，因为匝数一般都取整数，故需对上述计算值进行进位取整(例如计算结果为7.13 和7.83 时，均取为8)。(3)原边电感校核：' 8 1 '21min 1 0 10 c L ? ? ? ? N ? S (18)式(18)的计算结果应不小于式(5)的值。同理，可计算出副边各个绕组最小电感值。考虑高频集肤效应，当开关频率为fs 时，铜线的透入深度△为：1/20 ( s ) ? ? ? f ? ? ? (19)式中，γ 为铜线的电导率。在确定导线线径时，其值不能超过2△。3.3 箝位保护电路采用瞬态电压抑制器(TVS)和超快恢复二极管(SRD)组成的箝位电路。电路的主要原理是利用TVS 的瞬态电压抑制特性来抑制脉冲电压[7]：当TVS 管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。D11 为TVS，它与D12(SRD)组成箝位电路，如图2 所示。D11 承受的耐压值U11、D12 承受的耐压值U12 分别按式(20)、式(21)计算：111 2 2 1 U ? 1.5U (N )? N? (20)12 max 2 AC U ? V (21)式中，N'1 为校核后的原边匝数。3.4 反馈电路光耦反馈电路实际由两部分构成：①由反馈绕组N10、高频整流滤波器构成的非隔离式反馈电路，反馈电压U10 为光敏晶体管提供偏压;②由取样电路、TL431、PC817 构成的隔离式反馈电路，它将输出电压U3 的变化量直接转换为控制电流Ic：在Ic=2~6mA 的范围内，输出电压U3 减小时，经过光耦反馈电路使得Ic 减小，D 增大，U3 增大，最终保证输出电压稳定。4.八路开关电源设计及性能测试4.1 参数设计考虑IPM 和DSP 及其他芯片的工作电流，功率选为75W。由TOPSwitch-II 最大输出功率与型号

　　故需对上述计算值进行进位取整(例如计算结果为

　　的关系，选择TOP226Y。按照上述分析，设计了基于TOP226Y 的八路输出开关电源，其电路原理图，如图2 所示，设计物理量及数值如表1 所示：表1 八路输出开关电源设计物理量及数值

　　在绕制变压器时，选择了EI33 型铁芯。为了使得各输出绕组间紧密耦合，先绕N1 的一半，再绕N10，之后依次绕N2~N9，最后绕N1 的另一半。变压器的各个绕组电感测量值和最小计算值如表2 所示：表2 变压器各个绕组电感测量值与最小计算值比较

图2 开关电源电路原理图

　　从表2 可以看出，变压器各个绕组电感测量值均不小于最小计算值，满足设计要求。另外，将副边绕联立式(1)~(20),结合表1，可以求得开关电源各个主要待定物理量(按公式排列顺序)如表3 所示：

　　表3 八路输出开关电源待定物理量及数值

　　4.2 性能测试

　　交流输入电压给定187~253V 时，对开关电源进行了上电试验。为了证明钳位电路的设计,图3 给出了交流输入电压为220V 时，TOP226Y 的D 与S两端的电压应力波形，用差分探头20 倍衰减，可以看到电压被TVS 箝位在200V，使得TOP226Y 得到了很好地保护。图4~图11 是交流输入电压为220V时，测得的八路输出电压波形，从图中可以看到各路输出较稳定，纹波小。组短路，测得原边绕组漏感量为26.28μH，小于原边电感量5%。综上所述，变压器能够正常工作。

　　5.结论

　　本文采用TOP226Y 设计了一款多路输出的开关电源，对各个模块给出了理论分析和参数计算，最后通过实测结果分析，得到以下结论：

(1)TOPSwitch-II 系列开关电源，与M