前言
随着技术的不断进步,单片开关电源在中小功率领域的应用越来越广泛。其高效率、小体积、集成度高等优点使其成为精密稳压电源领域的重要组成部分。美国PI公司推出的TOPSwitch系列芯片是一种新型的三端离线式单片高频开关电源芯片,其开关频率高达100 kHz。本文将介绍一种基于TOP223Y芯片设计的单端反激式开关电源方案,可输出+5 V/3 A和+12 V/1 A。
1. 设计原理
开关电源通过控制功率开关器件的开闭来实现脉宽调制,从而稳定输出电压。TOP223Y芯片具有控制极C、源极S、漏极D三个端口,其中仅漏极用于脉宽调制,因此被称为单端。高频变压器在开关导通时储存能量,在关闭时向次级绕组传递能量,实现变压,因此被称为反激式。
电路功能包括输入/输出整流滤波、功率变换和反馈电路。市电经过整流滤波后,经过TOP223Y脉宽调制和高频变压器转换成高频矩形波电压,最终通过输出整流滤波得到稳定的直流电压。反馈回路通过采样、比较和放大对输出电压进行调节,以实现稳定输出。
2. 设计要求
电源应满足交流输入电压范围85 V至265 V,输出+5 V/3 A和+12 V/1 A,总输出功率27 W,功率因数0.5,纹波电压小于100 mV,电源效率大于80%,损耗分配因数为0.5。
3. 设计实例
本设计采用基于TOP223Y的多路单端反激式开关电源方案,具有优越性能,易于集成。电路结构包括输入保护、整流滤波、钳位保护、高频变压器、输出整流滤波、反馈回路和控制电路。
3.1. 反馈回路设计
反馈回路采用TL431可调稳压器加线性光耦PC817A构成,TL431通过采样电阻检测输出电压变化,将采样电压与2.5 V参考电压比较,输出调节信号,通过光耦合器调节TOP223Y控制端电流,实现输出电压调节。
3.2. 高频变压器
磁芯选择EE2825,经过计算确定其参数,保证高频变压器的工作性能。
4. 实验结果
经过测试,+5 V/3 A输出电压调整率为SV = ±0.18%,输出纹波电压39 mV,最大电流3.2 A;+12 V/1 A输出电压调整率为SV = ±0.3%,输出纹波电压68 mV,最大电流1.10 A。电源效率为83.1%,性能良好。
5. 结论
本文设计的开关电源方案采用高度集成化的芯片,外围电路简单,性能可通过参数调节提升。双输出异权重设计使电源更加灵活,不同保护电路保障了安全可靠性。该方案在实际应用中表现良好。
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