TOPSwitch开通时副边整流二极管D2截止,此间输出负载的能量由C1提供;TOPSwitch关断后,变压器磁心中的磁通减少,副边绕组电压极性反向,整流二极管开始导通,存储在变压器中的能量输送给负载,同时补充C1先前减少的能量。
根据变压器原边电流是否减小到零,可以将单端反激式开关电源分为断续和连续两种工作模式。不同工作模式对整个电源的效率以及相关参数的选择都有一定影响。
2 TOPSwithch及PI Expert简介
TOPSwitch系列单片开关电源是美国Power Integrations(PI)公司开发的新型开关电源芯片,其将离线式开关电源所必需的各种功能模块都集成到一块芯片上,包括高压功率场效应管MOSFET、PWM控制器、高频振荡器、高压启动偏置电路、基准电压、误差放大器、用于环路补偿的并联偏置调整器以及各种保护电路等。
TOPSwitch主要引脚有三个,分别为引脚DRAIN(D)、引脚SOURCE(S)和引脚CONTROL(C),附加引脚包括过欠压检测(L)、电流限制(X)以及频率选择(F)。
使用时需在C和S之间接一个47μF旁路电容,利用该电容的充电过程来实现电路的软启动。CONTROL引脚为误差放大器和反馈输入脚,实现占空比调节控制。
PI Expert是Pl公司专门针对TOPSwitch开发的一种交互式电源设计软件平台。其特点是简单易用、灵活方便,是一种高效的开关电源没计工具。
3 设计实列
本文设计一种单端反激式多路输出开关电源,用作电气传动系统中的控制及驱动电源。其输入电压为交流85~265V,并要求整个电路结构简单、工作可靠,具有过欠压保护功能。各路输出之间相互电气隔离,其中用作控制电源的一路要求输出功率较大,稳压精度±5%,用作驱动的各路输出功率较小,稳压精度±10%。
3.1 电路结构选择
单端反激式开关电源的电路结构根据采用的反馈方式的不同可分为以下几种:
(1)Primary/Basic型,利用绕组进行反馈;
(2)Primary/Bnhanced型,利用绕组和一个齐纳二极管进行反馈;
(3)Opto/Zener型,利用光耦和齐纳二极管进行反馈;
(4)Opto/TL43l型,利用光耦和精密基准源TL43I进行反馈。
以上几种结构,性能依次增强,但成本和复杂程度也依次增加。
Primary/Basic型结构最简单,只需要一个电阻,利用各绕组之间的磁耦合关系,直接采用绕组进行反馈(图1所示)。本设计采用这种结构,并对要求有较高稳压精度的+5V控制电源一路加装一片稳压芯片(如7805),这样既保证了所要求的输出有足够的稳压精度,同时也省去了反馈光耦和精密基准源TL43l,电路结构简单,工作可靠,从成本上考虑也是可取的。
系统电路图如图2所示。
图2中,P6KE200和BYV26C组成关断过压吸收电路,R1为过欠压检测电阻,R2为过流检测电阻,NF为反馈绕组,RF为反馈电阻。
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