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反激式开关电源应用电路设计图详解

时间:07-14 来源:互联网 点击:

开关电源本身种类繁多,设计方法也复杂多样,因此研究一种简洁的方法去快速设计出所需要的通用型高效率,低廉价格的开关电源是很有必要的。

开关直流稳压电源是基于方波电压的平均值与其占空比成正比以及电感、电容电路的积分特性而形成的。其基本工作原理是,先对输入交流电压整流,从而形成脉 动直流电压,经过DC-DC 变换电路变压,再通过斩波电路形成了不同脉冲宽度的高频交流电,然后对其整流滤波输出需要电压电流波形。如果输出电压波形偏离所需值,便有电流或电压采样 电路进行取样反馈,经过与比较电路的电压值进行参数比较,把差值信号放大,从而控制开关电路的脉冲频率f 和占空比D,以此来控制输出端的导通状态。因此,输出端便可以得到所需的电压电流值。

根据电力系统的实际需要,通过对各个部分进行分析,便可以设计出相应的开关电源产品。

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  图1 开关电源原理框图

在设计开关电源时,首先就要面临如何选择合适的开关电源控制芯片。在选择芯片的时候,要既能满足要求,又不因为选型造成资源的浪费。下面就介绍利用 TopswitchⅡ系列开关电源的功率损耗( PD ) 与电源效率(η),输出功率( Po ) 关系曲线,快速选择芯片的型号,从而完成宽范围输入的通用开关电源的设计。

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  图2 TOPSwitch芯片内部原理图

 

开关管保护电路

在开关芯片的漏极D 侧可以利用VDZ 和VD 两个二极管对高频变压器的漏感产生的尖峰电压进行箝位,可保护μ的D-S 极间不被击穿。例如VDZ 可以选用瞬态电压抑制器P6K200, 其反向击穿电压为200 V.VD 采用反向耐压为600 V 的UF4005($0.0444) 型超快恢复二极管,亦称阻塞二极管。

图3给出了由TOPSwitch 构成的反激式电源的原理图。其工作过程如下: 输入交流电经整流桥BR1 整流后再经电容C1 滤波,变为脉动的直流电。反激式变压器与TOPSwitch 将存储于电容C1 的能量传递给负载。当TOPswitch 开关管导通时,电容C1两端的电压加到反激变压器的原边,流过原边绕组的电流线性增加( 如若在MOSFET 开关管导通的瞬间变压器副边电流不为零,则由于副边感应电势反向,二极管D2 截止,副边电流变为零,然而磁芯内的能量不能突变,故原边电流跃变为副边电流的1/ K,K 为变压器变比),变压器储存能量; 当MOSFET 开关管关断时,电感原边电流由于没有回路( 此时,稳压管VR1的击穿电压因高于原变压器的感应电势而截止) 而突变为零,变压器通过副边续流,副边电流为TOPswitch 开关管关断时原边电流的K 倍,副边绕组通过二极管D2 对电容C2 充电,此后,流过变压器副边的电流线性下降。二极管D1 与稳压管VR1 并接于变压器的原边以吸收由于变压器原边的漏感而产生的高压毛刺。电阻R1、稳压管V R2、光耦U2 与电容C5 构成了电压反馈电路以保证输出电压稳定。电阻R2 与VR2 构成一假负载,以保证当电源空载或轻载时输出电压稳定。电感L1 与电容C3 构成LC 滤波器以防止输出电压脉动过大。二极管D3 与电容C4 构成一整流电路以提供光耦U2 光电三极管的偏置电压。电感L2 、电容C6 和C7 用于降低系统的电磁干扰( EMI) 。

  3闂傚倸鍊搁崐鎼佸磹閹间礁纾归柟闂寸绾惧綊鏌熼梻瀵割槮缁炬儳缍婇弻鐔兼⒒鐎靛壊妲紒鐐劤缂嶅﹪寮婚悢鍏尖拻閻庨潧澹婂Σ顔剧磼閻愵剙鍔ょ紓宥咃躬瀵鎮㈤崗灏栨嫽闁诲酣娼ф竟濠偽i鍓х<闁绘劦鍓欓崝銈囩磽瀹ュ拑韬€殿喖顭烽幃銏ゅ礂鐏忔牗瀚介梺璇查叄濞佳勭珶婵犲伣锝夘敊閸撗咃紲闂佽鍨庨崘锝嗗瘱闂備胶顢婂▍鏇㈠箲閸ヮ剙鐏抽柡鍐ㄧ墕缁€鍐┿亜韫囧海顦﹀ù婊堢畺閺屻劌鈹戦崱娆忓毈缂備降鍔岄妶鎼佸蓟閻斿吋鍎岄柛婵勫劤琚﹂梻浣告惈閻绱炴笟鈧妴浣割潨閳ь剟骞冨▎鎾崇妞ゆ挾鍣ュΛ褔姊婚崒娆戠獢婵炰匠鍏炬稑鈻庨幋鐐存闂佸湱鍎ら〃鎰礊閺嶃劎绡€闂傚牊渚楅崕鎰版煛閸涱喚鍙€闁哄本绋戦埥澶愬础閻愬樊娼绘俊鐐€戦崕鏌ユ嚌妤e啫鐓橀柟瀵稿仜缁犵娀姊虹粙鍖℃敾妞ゃ劌妫濋獮鍫ュΩ閳哄倸鈧鏌﹀Ο渚Ш闁挎稒绋戦埞鎴︽倷閺夋垹浜堕梺鐟扮-閸嬨倕鐣烽崼鏇ㄦ晢濞达綁鏅茬紓鎾剁磽閸屾瑧顦︽い鎴濇嚇閹ê鈹戠€n偄鈧灚銇勯幘璺烘瀺缂佽妫濋弻鏇㈠醇濠靛牏顔婇梺鍛婂笂閸楁娊寮诲☉銏″亞濞达綁鏅茬花鐣岀磽娓氬洤鏋︽い鏇嗗洤鐓″璺好¢悢鑽ょ杸闁规儳澧庢闂備浇妗ㄩ悞锕傚礉濞嗗繒鏆﹂柕濞炬櫓閺佸﹪鎮规笟顖滃帥闁衡偓閵娧呯=闁稿本鑹鹃埀顒勵棑缁牊绗熼埀顒勩€侀弽顓炵妞ゆ牗绋戝▓鎴︽⒑閸涘﹥灏柣鎺炵畵閿濈偤寮撮姀锛勫幍闂佺顫夐崝锕傚吹濞嗘垹妫柟顖嗗啯鍊梺閫涚┒閸斿矂锝炲⿰鍫濆耿婵°倐鍋撴鐐差儔濮婅櫣绮欏▎鎯у壉闂佸湱鎳撳ú顓㈢嵁閸愩劉鍫柛顐ゅ枎濞堢喖姊洪棃娑辨Ф闁稿寒鍣e畷鎴﹀箻鐠囨煡鏁滃┑掳鍊撻懗鍫曞矗閸℃稒鈷戦柛婵嗗婢跺嫭鎱ㄥΟ绋垮鐎规洘绻傞鍏煎緞鐎n剙骞嶉梻浣告啞閸旀ḿ浜稿▎鎾村€块柛娑橈攻閸欏繐鈹戦悩鎻掝伀閻㈩垱鐩弻鐔风暋閻楀牆娈楅悗瑙勬磸閸斿秶鎹㈠┑瀣<婵炴垶鐟ч弳顓㈡⒒閸屾艾鈧嘲霉閸パ呮殾闁汇垻枪缁愭鏌涢埄鍐槈缁炬儳娼¢弻鐔煎箚閻楀牜妫勭紓浣哄У閻擄繝寮婚弴锛勭杸闁哄洨鍎愰埀顒€鏈换娑氱箔閸濆嫬顫囬梺鍝勮嫰缁夌兘篓娓氣偓閺屾盯骞樼€靛憡鍣板銈冨灪瀹€鎼佸极閹版澘骞㈡繛鍡樺灩濡插洦绻濆▓鍨灍闁挎洍鏅犲畷銏ゅ礂閼测晩娲稿┑鐘诧工閹虫劗澹曟總鍛婄厽闁逛即娼ф晶顔姐亜鎼淬垻鐭婃い顏勫暟閳ь剚绋掕摫闁稿﹥鍔楅埀顒侇問閸犳鎮¢敓鐘偓浣肝旈崨顓狀槹濡炪倖鍨兼慨銈団偓姘偢濮婄粯鎷呴崨濠呯闁哄浜濈换娑㈠箻椤曞懏顥栫紓渚囧枛椤兘鐛Ο灏栧亾闂堟稒鎲告い鏃€娲熼弻锝夋偐閸欏宸堕梺鍛婁緱閸樺ジ鎮¢崒鐐粹拺閺夌偞澹嗛ˇ锕傛煟濡も偓閿曘儳绮氭潏銊х瘈闁搞儺鐏涜閺屾稑鈽夐崡鐐寸亪濠电偛鎳岄崐婵嗩潖閾忓湱鐭欐繛鍡樺劤閸擃剟姊洪崨濠冨鞍缂佽瀚伴獮鎴﹀閻橆偅鏂€闂佹悶鍎弲婵嬫儊閸儲鈷戠紒瀣濠€鎵磼鐎n偄鐏ラ柍璇茬Ч閺佹劙宕担鐟扮槣闂備線娼ч悧鍡欐崲閹烘绀嗗ù鐓庣摠閻撳繘鏌涢銈呮瀾闁稿﹥鍔栭〃銉╂倷閹绘帗娈茬紓浣稿€圭敮鐐哄焵椤掑﹦鍒伴柣蹇斿哺瀵煡顢楅埀顒勫煘閹达附鍊烽柡澶嬪灩娴犳悂鏌﹂崘顔绘喚闁诡喖缍婂畷鍫曞煛娴i攱顫曟繝娈垮枛閿曘劌鈻嶉敐澶婄闁绘ǹ顕ч悘鎶芥煣韫囷絽浜炲ù婊冪埣濮婄粯鎷呴挊澶婃優闂侀潻缍囬梽鍕┍婵犲洤鐐婃い鎺嗗亾缂佺姵鐓¢弻鏇$疀閺囩倫娑㈡煛閳ь剚绂掔€n偄鈧敻鏌ㄥ┑鍡欏嚬缂併劋绮欓弻娑欑節閸曨偂妲愬┑顔硷攻濡炶棄螞閸愵煁褰掑Χ閸℃瑦鍒涢悗瑙勬礃閿曘垺淇婇幖浣肝ㄦい鏃囨閺嬬姵绻濋悽闈浶ラ柡浣告啞閹便劑鎮滈挊澶嬬€梺鍛婄☉閿曘儵宕h箛娑欑厽闁硅揪绲鹃ˉ澶愭煛鐎b晝绐旈柡宀€鍠栧鑽も偓闈涘濡差喚绱掗悙顒€绀冩い顐㈩樀婵$敻宕熼姘敤濡炪倖鍔﹀鈧紒顔肩埣濮婅櫣绱掑Ο铏圭懆闂佽绻戝畝鍛婁繆閻㈢ǹ绀嬫い鏍ㄦ皑椤斿﹪姊洪悷鎵憼缂佽绉电粋鎺楁嚃閳哄啰锛滈梺缁樺姦閸撴瑩宕濋妶鍡愪簻妞ゆ挾濮撮崢瀵糕偓娈垮枛椤兘骞冮姀銈嗗亗閹艰揪缍嗗Σ鍫曟煟閻斿摜鐭婄紒缁樺浮瀵偊顢欑亸鏍潔闂侀潧楠忕槐鏇㈠储娴犲鈷戦悷娆忓閸斻倖銇勯弴銊ュ箹閻撱倝鏌熺紒銏犳灍闁绘挻鐟﹂妵鍕籍閸屾粍鎲樺┑鐐茬墛缁捇寮婚埄鍐╁闁荤喐婢橀~宥夋⒑鐠団€崇仭婵☆偄鍟村畷瑙勩偅閸愨晛娈ゅ銈嗗笂閻掞箑鈻嶉敃鈧埞鎴︽偐閸偅姣勬繝娈垮櫘閸欏啴鐛箛娑樼妞ゆ棁鍋愰ˇ銊ヮ渻閵堝懐绠伴柛鐔哄閵囨瑩骞庨懞銉㈡嫽婵炴挻鍩冮崑鎾绘煃瑜滈崜姘辩矙閹捐鐓橀柟鐑橆殕閻撴洟鏌¢崒婵囩《閼叉牠姊洪悷鎵暛闁搞劌缍婇崺鐐哄箣閻橆偄浜鹃柨婵嗙凹缁ㄨ崵绱掗幇顓犫槈妞ゎ亜鍟存俊鍫曞幢濡⒈妲梻浣烘嚀閸熻法绮旈悷鎵殾妞ゆ劏鎳¢弮鍫濆窛妞ゆ棁顫夌€氳棄鈹戦悙鑸靛涧缂佽弓绮欓獮澶愭晬閸曨剙顏搁梺璺ㄥ枔婵敻鎮″▎鎾寸叄闊浄绲芥禍婵嬫倶韫囨洘鏆柡灞界Х椤т線鏌涢幘纾嬪妞ゎ偅绻堟俊鎼佹晜閼恒儳褰挎繝寰锋澘鈧捇鎳楅崼鏇炵厴鐎广儱鎳夐弨浠嬫煟濡搫绾ч柟鍏煎姉缁辨帡鎮╅崹顐㈡畬闂傚洤顦甸弻銊モ攽閸℃瑥顣洪梺閫炲苯鍘哥紒顔界懄娣囧﹪骞栨担鍝ュ幐闂佺ǹ鏈划灞筋嚕閹惰姤鈷掑ù锝呮啞閹牓鏌涢悢鍝勨枅鐎规洘鍨块獮妯肩磼濡厧骞堥梺纭呭閹活亞妲愰弴銏℃櫖鐎广儱娲ㄧ壕濂稿级閸碍娅呭ù鐘洪哺椤ㄣ儵鎮欓弶鎴犵懆闁剧粯鐗曢湁闁挎繂鎳庣痪褔鎮楀顐ょ煓婵﹦绮幏鍛村川闂堟稓绉虹€殿喚鏁婚、妤呭礋椤掆偓娴狀參姊洪棃娴ュ牓寮插☉姘辩焼闁稿本澹曢崑鎾诲礂婢跺﹣澹曢梻浣告啞濞诧箓宕滃☉銏犲偍闁汇垹鎲¢埛鎴︽煙椤栧棗瀚々浼存⒑缁嬫鍎忛柟鍐查叄閹儳鐣¢幍顔芥畷闂侀€炲苯澧撮柛鈹惧亾濡炪倖甯掗崰姘缚閹邦厾绠鹃柛娆忣槺閻帞鈧鍣崑鍡涘箯閻樺樊鍟呮い鏂垮悑椤撳灝鈹戦悙宸殶濠殿喗鎸抽、鏍箛閺夋寧鐎梺鎼炲労閸撴岸鎮¢悢鍏肩厵闂侇叏绠戝楣冩煕閻旈绠婚柡灞剧洴閹瑩宕归锝嗙槗婵犳鍠栭敃锔惧垝椤栫偛绠柛娑樼摠閸ゅ秹鏌曟竟顖欒閸嬫挻绻濋崶銊㈡嫼闂傚倸鐗冮弲婵堢矓閸撲胶纾奸柣妯挎珪瀹曞矂鏌e☉鍗炴灕缂佺姵绋戦埥澶娾枎閹邦収浠ч梻鍌欐祰濞夋洟宕抽敃鍌氱闁跨噦鎷�...

  图3 反激式电源的应用原理图

图4分别给出了输入电压220 V ( 交流),输出功率为40 W; 输入电压85 V ( 交流),输出功率为24 W和输入电压85 V( 交流),输出功率为40 W 时的输出电压波形。

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  图4 不同电压输入条件下的电压仿真输出波形

编辑点评:通过仿真试验,对电源的设计过程进行了认证。总体来说设计的开关电源,输出波形较为稳定,而且电磁兼容性好,抗干扰能力强,适合小功率开关电源的设计制造。直流稳压电源是现代电力电子系统中的重要组成部分,好的直流电源系统是高质量现代电子系统的重要保证。

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