基于PC40EE25的開關隔離電源設計

　　2 控制電路的設計

　　本設計采用SG*1高集成環(huán)保模式PWM控制器， 該控制器采用電流模式(逐周期電流限制)的工作方式， 可以實現(xiàn)軟驅動圖騰柱輸出的可調控的PWM波形， 其輸出電壓可達18 V， 足以同時驅動兩路MOSFET。本設計還在PWM輸出端設計了一個信號耦合變壓器， 這樣可用同一個PWM信號來控制兩個MOSFET， 使Q1和Q2同時開通和關斷， 還可以實現(xiàn)驅動MOSFET信號的隔離。另外，該控制器也可以提供欠壓鎖定和過溫保護功能，當VDD小于10 V時， 控制器內部將鎖定， 不再向外發(fā)送PWM波。

　　本設計采用負載繞組給控制芯片SG*1供電， 從主電路可知， 輔助繞組和次級繞組處在相同的工作方式下， 這在設計變壓器的時候只要根據(jù)次級輸出就可以確定輔助繞組的設計。應當注意的是， 在雙管反激電路中， 兩個開關管中間有一個懸浮地， 因而不能直接驅動， 所以， 這里采用變壓器隔離驅動方法來使VT1和VT2公用同一驅動信號。

　　圖3所示是本設計的控制芯片電路及驅動電路， 圖中， R3接在直流電壓DC端主要用來啟動，當流入3腳的電流足夠啟動芯片的時候， 芯片8腳Gate輸出PWM波， 從而使主電路導通， 電源開始工作。R4主要確定芯片輸出PWM波的頻率， R5和C5組成電流采樣的匹配網(wǎng)路。由于芯片采用逐周峰值電流工作方式， 故在初級線圈電流達到峰值時， 芯片將關斷PWM波， 變壓器向次級傳送能量。

圖3 控制芯片電路及驅動電路

　　圖4所示是其系統(tǒng)中的輸入欠壓和輸出過壓保護電路。由于本開關電源設計采用了輸入過壓和輸入欠壓保護， 故當輸入高于750 V或低于120V時， 比較器的2腳電壓值會高于2.5 V或比較器的5腳會低于2.5 V， 本設計采用精密可調線性穩(wěn)壓器TL431來產(chǎn)生2.5 V的基準源， 并分別給比較器的3腳和6腳供電， 這樣， 在比較器的1腳或7腳就會產(chǎn)生低電平， Q5由于基級電壓過低而截止，線性光耦U5的發(fā)光二極管不能發(fā)光。這時， 由于Q4S接到輸出儲能電容上， Q4G和Q4S不能組成通路， 所以， 加在Q4管的GS間的電壓Ugs為零， 開關管Q4關斷， 電源不能向后面負載供電， 從而實現(xiàn)欠壓和過壓保護功能。

圖4 輸入欠壓和輸出過壓保護電路

　　3 電路變壓器的設計

　　采用兩個開關管串聯(lián)不會影響主電路中變壓器的設計， 故可根據(jù)《開關電源設計指南》中相關介紹來計算變壓器參數(shù)， 本設計選用TDK公司的PC40EE25高頻磁性材料作為鐵芯， 變壓器的參數(shù)計算如下：

　　初級線圈的峰值電流：

　　變壓器的有效功率：

　　式中， Ac為有效磁芯面積， 單位為cm2， Bmax為最大磁通密度， 單位為G (高斯Wb/cm2)。