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          基于多路單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計方案(二)

          作者: 時間:2013-10-11 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          3.5 輸出整流濾波電路

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/228070.htm

          由整流二極管、濾波電容和平波電感組成。將次級繞組的高頻方波電壓轉(zhuǎn)變成脈動的直流電壓,再通過輸出濾波電路濾除高頻紋波,使輸出端獲得穩(wěn)定的直流電壓。肖特基二極管正向?qū)〒p耗小、反向恢復(fù)時問短,在降低反向恢復(fù)損耗以及消除輸出電壓中的紋波方面有明顯的性能優(yōu)勢,所以選用肖特基二極管作為整流二極管,參數(shù)根據(jù)最大反向峰值電壓VR選擇,同時二極管的額定電流應(yīng)該至少為最大輸出電流的3~5倍。次級繞組的反向峰值電壓VSM為:

          基于多路單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計方案(二)

          式中:Iout是輸出端的額定電流,單位為A;Dmin是在高輸入電壓和輕載下所估計的最小占空比(估計值為0.3);V(PK-PK)是最大的輸出電壓紋波峰峰值,單位為mV.計算得出后考慮閾值C6取100 μF/10 V,C8取220 μF/35 V.

          第二級經(jīng)LC濾波使不滿足紋波要求的電壓再次濾波。輸出濾波電容器不僅要考慮輸出紋波電壓是否可以滿足要求,還要考慮抑制負(fù)載電流的變化,在這里可以選擇C7取22 μF/10 V,C9取10 μF/35 V.C5取經(jīng)驗值0.1 μF/25 V.輸出濾波電感根據(jù)經(jīng)驗取2.2~4.7 μH,采用3.3 μH 的穿心電感,能主動抑制開關(guān)噪聲的產(chǎn)生。

          為減少共模干擾,在輸出的地與高壓側(cè)的地之間接共模抑制電容C15.

          3.6 反饋回路設(shè)計

          的反饋電路有四種類型:基本反饋電路、改進(jìn)型基本反饋電路、配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路、配TL431的光耦反饋電路。本設(shè)計采用電壓調(diào)整率精度高的可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431加線形光耦PC817A構(gòu)成反饋回路。

          TL431通過電路取樣電阻來檢測輸出電壓的變化量ΔU,然后將采樣電壓送入TL431 的輸入控制端,與TL431的2.5 V參考電壓進(jìn)行比較,輸出電壓UK也發(fā)生相應(yīng)變化,從而使線性光電耦合器中的發(fā)光二極管工作電流發(fā)生線性變化,光電耦合器輸出電流。

          經(jīng)過光電耦合器和TL431組成的外部誤差放大器,調(diào)節(jié)TOP223Y控制端C 的電流IC,調(diào)整占空比D(IC與D成反比),從而使輸出電壓變化,達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

          對于電路中的反饋部分,反饋電路僅從一路輸出回路引出反饋信號,其余未加反饋電路。這樣,當(dāng)5 V輸出的負(fù)載電流發(fā)生變化時,定會影響12 V輸出的穩(wěn)定性。

          解決方法是給12 V輸出也增加反饋電路。另外,電路中C10為TL431的頻率補償電容,可以提高TL431的瞬態(tài)頻率響應(yīng)。R5為光電耦合器的限流電阻,R5的大小決定控制環(huán)路的增益。電容器C13為軟啟動電容器,可以消除剛啟動電源時芯片產(chǎn)生的電壓過沖。

          下面主要是確定R4~R8的值:

          按照應(yīng)用要求,對5 V電源要求較高,但也要兼顧12 V電源,權(quán)衡反饋量,將R7,R8的反饋權(quán)值均設(shè)置為0.6,0.4,各個輸出的穩(wěn)定性均得到保障和提高。

          只有5 V輸出有反饋時,如R4,R7取值均為10 kΩ,此時電流IR7 =250 μA,分權(quán)后,R7分得150 μA、R8分得150 μA.根據(jù)TL431的特性知,Vo,VREF,R7,R8,R4之間存在以下關(guān)系:

          基于多路單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計方案(二)

          式中:VREF為TL431參考端電壓,為2.5 V;Vo為TL431輸出電壓。根據(jù)電流分配關(guān)系得(單位:kΩ):

          基于多路單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計方案(二)

          式中:VF 為光耦二極管的正向壓降,由PC817技術(shù)手冊知,典型值為1.2 V.先取R5=390 Ω,可得R6=139 Ω,取標(biāo)稱值150 Ω。

          3.7 控制回路

          由電容C7和電阻R12串聯(lián)組成。C9用來濾除控制端的尖峰電壓并決定自動重啟動時序,并和R12一起設(shè)定控制環(huán)路的主極點為反饋控制回路進(jìn)行環(huán)路補償。由數(shù)據(jù)手冊知,C9選擇47 μF/25 V的電解電容,當(dāng)C9 =47 μF時,自動重啟頻率為1.2 Hz,即每隔0.83 s檢測一次調(diào)節(jié)失控故障是否已經(jīng)被排除,若確認(rèn)已被排除,就自動重啟恢復(fù)正常工作。R12取6.2 Ω。

          4 方案的實驗結(jié)果

          根據(jù)以上方案設(shè)計的方法和規(guī)范,設(shè)計出的一種基于TOP223Y雙路+5 V/3 A,+12 V/1 A輸出的反激式開關(guān)電源。在寬范圍85~265 VAC的輸入范圍下對其性能進(jìn)行了測試,如表1所示。

          基于多路單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計方案(二)

          由以上選取的實驗數(shù)據(jù)得出,+5 V/3 A(反饋權(quán)重0.6,負(fù)載500 Ω)輸出的電壓調(diào)整率為SV = ±0.18%,輸出的紋波電壓為39 mV,輸出的最大電流為3.2 A;+12 V/1 A(反饋權(quán)重0.4,負(fù)載750 Ω)輸出的電壓調(diào)整率為SV = ±0. 3%,輸出的紋波電壓為68 mV,輸出的最大電流為1.10 A.

          該電源在滿載狀態(tài)時,功率可達(dá)27.6 W,最大占空比為0.60,電源效率為83.1%,開關(guān)電源具有良好的性能,滿足應(yīng)用要求。

          5 結(jié)語

          本文所設(shè)計的開關(guān)電源方案,芯片的高度集成化,外圍電路設(shè)計簡單。電源的性能通過參數(shù)的調(diào)節(jié)仍有提升的空間。雙輸出雙反饋異權(quán)重的設(shè)計使開關(guān)電源的更加實用靈活,不同的保護(hù)電路的設(shè)計,使電源的實用更加安全可靠,該方案所設(shè)計的電源在實際應(yīng)用中表現(xiàn)良好。

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