基于多路单端反激式开关电源的设计方案

　　0 引言

　　单片开关电源自问世以来，以其效率高，体积小，集成度高，功能稳定等特点迅速在中小功率精密稳压电源领域占据重要地位。美国PI公司的TOPSwitch系列器件即是一种新型三端离线式单片高频开关电源芯片，开关频率fs高达100 kHz，此芯片将PWM控制器、高耐压功率MOSFET、保护电路等高度集成，外围连接少许器件即可使用。本文介绍了一种基于TOP223Y 输出为+5 V/3 A，+12 V/1 A的单端反激式开关电源方案设计的原理和方法。

　　1 方案设计的原理

　　TOP223Y共三个端：控制极C、源极S、漏极D.因只有漏极D用作脉宽调制功率控制输出，故称单端;高频变压器在功率开关导通时只是将能量存储在初级绕组中，起到电感的作用，在功率开关关闭时才将能量传递给次级绕组，起变压作用，故称反激式。

　　

　　电路功能部分主要由输入/输出整流滤波、功率变换、反馈电路组成。工作原理简述为：220 V市电交流经过整流滤波得到直流电压，再经TOP223Y脉宽调制和高频变压器DC-AC变换得到高频矩形波电压，最后经输出整流滤波得到品质优良的直流电压，同时反馈回路通过对输出电压的采样、比较和放大处理，将得到的电流信号输入到TOP223Y的控制端C，控制占空比调节输出，使输出电压稳定。

　　2 方案设计的要求

　　设计作为某智能仪器的供电电源，具体的参数要求如下：交流输入电压最小值：VACMIN=85 V;交流输入电压最大值：VACMAX=265 V;输出：U1：+5 V/3 A;U2：+12 V/1 A;输出功率：Po=27 W;偏置电压：VB=12 V;电网频率fL=50 Hz;开关频率fs=100 kHz;纹波电压：小于100 mV;电源效率：η大于80%;损耗分配因数Z 为0.5;功率因数为0.5.

　　3 设计实例

　　本设计方案是基于TOP223Y的多路单端反激式开关电源，性能优越，便于集成。电路原理如图2所示，可分为输入保护电路、输入整流滤波电路、钳位保护电路、高频变压器、输出整流滤波电路、反馈回路、控制电路7个部分。

　　

　　3.1 输入保护电路

　　由保险丝F1、热敏电阻RT和压敏电阻RV组成，对输入端进行过电压、过电流保护。

　　保险丝F1用于当线路出现故障产生过电流时切断电路，保护电路元器件不被损坏，其额定电流IF1 按照IF1》2IACRMS选择3 A/250 VAC保险丝，其中IACRMS为原边有效电流值。热敏电阻RT用以吸收开机浪涌电流，避免瞬间电流过大，对整流二极管和保险丝带来冲击，造成损坏，加入热敏电阻可以有效提高电源设计的安全系数，其阻值按照RRT1》0.014VACMAX/IACRMS 选择10D-11（10 Ω/2.4 A）。压敏电阻RV能在断开交流输入时提供放电通路，以防止大电流冲击，同时对冲击电压也有较好钳位作用。RV选取MY31-270/3，标称值为220 V.

　　3.2 输入整流滤波电路

　　由EMI滤波电路、整流电路、稳压电路组成。

　　EMI滤波电路针对来自电网噪声干扰。采用由L1，CX1，CX2，CY1，CY2构成典型的Π型滤波器。

　　CX1和CX2用来滤除来自电网的差模干扰，称为X电容，通常取值100~220 nF，这里取100 μF;CY1和CY2用来滤除来自电网的共模干扰，称为Y电容，通常取值为1~4.7 nF，这里取2.2 nF;同样用来消除共模干扰的共模电感L1的取值8~33 mH，这里取8 mH，采取双线并绕。

　　输入整流电路选择不可控全波整流桥。整流桥的反向耐压值应大于1.25倍的最大直流输入电压，整流桥的额定电流应大于两倍的交流输入的有效值，计算后选择反向击穿电压为560 V，额定电流为3 A的KBP306整流桥。

　　在当前的供电条件下，输入储能电容器CIN的值根据输出功率按照2~3 μF/W 来取值，考虑余量，取CIN=100 μF/400 V的电解电容。假设整流桥中二极管导通时间为tc=3 ms，可由：

　　

　　得到输入直流电压的最小值和最大值。

　　3.3 钳位保护电路

　　当功率开关关断时，由于漏感的影响，高频变压器的初级绕组上会产生反射电压和尖峰电压，这些电压会直接施加在TOPSwitch芯片的漏极上，不加保护极容易使功率开关MOSFET烧坏。加入由R1、C2和VD1组成经典的RCD钳位保护电路，则可以有效地吸收尖峰冲击将漏极电压钳位在200 V左右，保护芯片不受损坏。推荐钳位电阻R1取27 kΩ/2 W，VD1钳位阻断二极管快恢复二极管耐压800 V 的FR106，钳位电容选取22 nF/600 V的CBB电容。