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          TOPSwitch小芯片大智慧 簡化開關(guān)電源設(shè)計(jì)流程

          作者: 時(shí)間:2013-12-31 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          前言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/227127.htm

          一般情況下,以TOP開關(guān)器件為代表的開關(guān)電源芯片,其漏極D和變壓器初級(jí)的一端相接。由于漏感引起的反峰電壓反射到變壓器的初級(jí),將直接加在漏極上,而反峰電壓與輸出電壓有關(guān),即輸出電壓越高,反峰電壓也越高,對(duì)于漏極與源級(jí)之間耐壓只有幾百伏的器件來說,過高的電壓很容易將其擊穿,因此,采用器件制作的開關(guān)電源,大多數(shù)采用低壓小功率輸出。本文通過改進(jìn)電路,實(shí)現(xiàn)了器件在高壓開關(guān)電源中的應(yīng)用。

          TOPSwitch-Ⅱ工作原理

          TOPSwitch-Ⅱ系列可廣泛應(yīng)用于各種通用及專用開關(guān)電源、待機(jī)電源、開關(guān)電源模塊中。它將PWM控制系統(tǒng)的全部功能集成到三端芯片中,內(nèi)含脈寬調(diào)制器、MOSFET、自動(dòng)偏置電路、保護(hù)電路、高壓啟動(dòng)電路和環(huán)路補(bǔ)償電路。通過高頻變壓器使輸出端與電網(wǎng)完全隔離,真正實(shí)現(xiàn)了無功頻變壓器TOPSwitch-Ⅱ不需要外接大功率的過流檢測(cè)電阻,也不必提供啟動(dòng)時(shí)的偏置電流。它采用漏級(jí)開路輸出方式,利用電流來線性調(diào)節(jié)占空比,是電流控制型開關(guān)電源。

          脈沖調(diào)制式開關(guān)電源的基本原理如圖1所示。交流220V輸入電壓經(jīng)過整流濾波器變?yōu)橹绷麟妷篤1,再由功率開關(guān)管VT(或MOSFET)斬波、高頻變壓器T降壓,得到高頻矩形波,最后通過輸出整流濾波器VD、C2,獲得所需的直流輸出電壓V0。脈寬調(diào)制器是這類開關(guān)電源的核心,它能產(chǎn)生頻率固定而脈沖寬度可調(diào)的驅(qū)動(dòng)信號(hào),控制功率開關(guān)管的通斷狀態(tài),以調(diào)節(jié)輸出電壓的高低,達(dá)到穩(wěn)壓目的。鋸齒波發(fā)生器提供時(shí)鐘信號(hào),利用誤差放大器和PWM比較器構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng),假如由于某種原因致使V0下降,脈寬調(diào)制器就改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度,即改變占空比D,使斬波后的平均電壓升高,導(dǎo)致V0上升,反之亦然。

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          TOPSwitch-Ⅱ的應(yīng)用

          依據(jù)TOPSwitch電路的特性,本文實(shí)現(xiàn)了一路高壓與一路低壓的雙路輸出電源。對(duì)于高壓輸出,采用了二次升壓和6倍壓整流的方法來獲得其中的一路直流高壓輸出:2500V/40mA,由于本文只對(duì)TOPSwitch的高壓應(yīng)用進(jìn)行探討,該路輸出電壓精度不作要求;另外一路低壓輸出為6V/1A,精度優(yōu)于1%,由于高壓部分精度要求不高,因此,可以直接輸出,但是低壓部分精度要求較高,因此,在該路電壓輸出端,通過取樣電阻對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣,輸入采用TL431。TL432是一個(gè)有良好熱穩(wěn)定性的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源,它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意設(shè)置從Vref(2.5V)到36V范圍內(nèi)的任何值。取樣電壓通過光耦隔離后送入TOPSwitch的控制端。光耦供電電壓可以利用變壓器次級(jí)輸出電壓供電。

          本方案采用基于TOPSwitch-Ⅱ的反激變壓器來實(shí)現(xiàn)。通過一個(gè)變壓器的多副邊繞組得到所需要的雙路輸出電壓,另外,兩路輸出電壓處在不同電位上,他們之間的電壓差很大,因此,變壓器的隔離度要求很高,這也是該電源的一個(gè)實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)。TOPSwitch芯片的選擇

          本電源的輸入電壓為270VDC,在該系列所要求的電壓范圍內(nèi)。對(duì)芯片的選擇主要是考慮功率的需要,輸出功率PO約為110W,考慮一定的裕度,本方案選擇TOP226Y芯片,具體實(shí)現(xiàn)電路如圖2所示。

          TOPSwitch小芯片大智慧 簡化開關(guān)電源設(shè)計(jì)流程

          反饋電路設(shè)計(jì)

          反饋電路的形式由輸出電壓精度決定,本方案中的“光耦+TL431”可以把輸出電壓精度控制在±1%。電壓反饋信號(hào)經(jīng)分壓網(wǎng)絡(luò)引入TL431的Ref端,轉(zhuǎn)化為電流反饋信號(hào),經(jīng)過光耦隔離后輸入TOPSwitch的控制端。

          光耦工作在線性狀態(tài),起隔離作用,如果所選的光耦的電流放大率上限超過200%,容易造成TOPSwitch過壓保護(hù)。相反,若其下限小于40%,占空比D將不能隨反饋電流的增加而減小,從而導(dǎo)致過流。因此,應(yīng)選擇電流放大率范圍接近100%的光耦。

          TOPSwitch使用注意事項(xiàng)

          應(yīng)用中,TOP開關(guān)的源腳引線盡可能短,旁路電容要盡可能靠近源腳和控制腳,源腳應(yīng)單點(diǎn)接地。

          開關(guān)關(guān)斷時(shí),為了減小漏極峰值電壓和漏極沖擊激勵(lì)振蕩電壓,漏感較大的高頻變壓器初級(jí)必須加入阻尼電阻。

          測(cè)試時(shí),TOP開關(guān)器件不能直接插入加有高電壓的插座內(nèi)。在印刷電路板上,控制腳外接電容器能夠把較大的浪涌電流傳輸?shù)接|發(fā)器和關(guān)斷鎖存器。從而關(guān)斷TOP開關(guān)。

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