基于多路單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計方案（二）

3.5 輸出整流濾波電路

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、反向恢復時問短，在降低反向恢復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：

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

開關(guān)電源的反饋電路有四種類型：基本反饋電路、改進型基本反饋電路、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，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

對于電路中的反饋部分，開關(guān)電源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5 V輸出的負載電流發(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：

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)：

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，若確認已被排除，就自動重啟開關(guān)電源恢復正常工作。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行了測試，如表1所示。

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。