采用TOPSwitch的单端正激式电源的电路分析与设计

N_P2为D_max=0.3时的励磁绕组匝数；

设L_m1及L_m2分别为D_max=0.5和D_max=0.3时的初级绕组励磁电感，则有

I_m1=×0.5T为D_max=0.5时的初级励磁电流；

I_m2=×0.3T为D_max=0.3时的初级励磁电流。

由式（10）及L_m1，L_m2分别与N_P12，N_P22成正比，可得两种情况下的励磁绕组匝数之比为

（11）

及

（12）

当N_S1=N_P1时和N_S2=2N_P2时去磁电流最大值分别为

I_sm1=Im₁=I_m（13）

I_sm2=I_m2=I_m（14）

将式（10）～（14）有关参数代入式（8）～（9）可得到，当D_max=0.5时和D_max=0.3时的去磁电流平均值及与有效值I_s1及I_s2分别为

=I_m I_s1=0.408I_m （D_max=0.5）

≈0.29I_m I_s2=0.483I_m （D_max=0.3）

从计算结果可知，采用N_S=2N_P设计的去磁绕组的电流平均值或有效值要大于N_S=N_P设计的去磁绕组的电流值。因此，在选择去磁绕组的线径时要注意。

3 高频变压器设计

由于外围电路元件少,该电源设计的关键是高频变压器,下面给出其设计方法。

3.1 磁芯的选择

按照输出V_o=15V，I_o=1.5A的要求，以及高频变压器考虑6％的余量，则输出功率P_o=1.06×15×1.5=23.85W。根据输出功率选择磁芯，实际选取能输出25W功率的磁芯，根据有关设计手册选用EI25，查表可得该磁芯的有效截面积A_e=0.42cm²。

3.2 工作磁感应强度ΔB的选择

ΔB=0.5B_S，B_S为磁芯的饱和磁感应强度，由于铁氧体的B_S为0.2～0.3T，取ΔB=0.15T。

3.3 初级绕组匝数N_P的选取

选开关频率f=100kHz（T=10μs），按交流输入电压为最低值85V，E_min≈1.4×85V，D_max=0.3

计算则

N_P===52.6取N_P=53匝。

3.4 去磁绕组匝数N_S的选取

取N_S=2N_P=106匝。

3.5 次级匝数N_T的选取

输出电压要考虑整流二极管及绕组的压降，设输出电流为2A时的线路压降为7％，则空载输出电压V_O0≈16V。

N_T===23.8

取N_T=24匝。

3.6 偏置绕组匝数N_B的选取

取偏置电压为9V，根据变压器次级伏匝数相等的原则，由16/24=9/N_B，得N_B=13.5,取N_B=14匝。

3.7 TOPSwitch电流额定值I_CN的选取

平均输入功率P_i==28.12W（假定η=0.8），在D_max时的输入功率应为平均输入功率，因此P_i=D_maxE_minI_C=0.3×85×1.4×I_C=28.12，则I_C=0.85A，为了可靠并考虑调整电感量时电流不可避免的失控，实际选择的TOPSwitch电流额定值至少是两倍于此值，即I_CN>1.7A。所以，我们选择I_LIMIT=2A的TOP225Y。

4 实验指标及主要波形

输入AC 220V，频率50Hz，输出DC V_o=15(1±1％)V，I_O=1.5A，工作频率100kHz，图3及图4是实验中的主要波形。

图3中的1是开关管漏源电压V_DS波形，2是输入直流电压E波形，由图可知V_DS=1.5E；图4中的1是开关管漏源电压V_DS波形，2是去磁绕组电流i_s波形，实验结果与理论分析是完全吻合的。

图3 输入直流电压E与漏源电压V_DS波形

图4 漏源电压与去磁电流i_s波形

5 结语

TOPSwitch自上世纪90年代中期推出以来，以其外围元件大大减少，成本低，电源设计简化及完备的系统故障保护，而倍受低压、小功率电源设计人员的青睐。TOPSwitch系列亦可在降压型，升压型，正激式和反激式等变换电路中使用，具有广泛的应用前景。