TOP开关电源的设计与制作

2002年4月

①辽宁工学院学报

JOURNALOFLIAONINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY

.22　No.2VolApr.

2002

文章编号:100521090(2002)0220011202

TOP开关电源的设计与制作

冯文礼

(锦州电视大学,辽宁锦州　121000)

摘　要:利用TOP开关器件设计了一种高精度,输出电压可调的开关电源,并介绍了制作方法。关键词:开关电源,高频脉冲变压器、TOP开关器件中图分类号:TM564　　　文献标识码:B

ANewTypeofTopSwitchPowerFENGWen2li(JinzhouTelevisionUniversity,Jinzhou121001,China)

Keywords:switchpower;highfrequencypulsetransformer;Topswitchdevice

Abstract:Anewtypeofswitchpowerisdesigned,applyingTopswitchdevices,whichisofhighaccuratcyandout2putvoltageadjustable.

作时的反峰电压属于电流型的,箝位吸收反峰电压也属于电流型的,箝位吸收反峰电压比较困难,所以当输出电流大于3

A-4A时,可以用两只性能一致的稳压管VD5并联使用,

1　电路原理及元件选择

图1是TOP高精度开关电源电路图,输入的交流电压

220V,经交流抗干扰滤波器L4、C1经VD1-VD4桥式整流

以保证稳压管处于额定功率以下。从而保证TOP开关电源更可靠地工作。二极管VD6应选用高速快恢复高压整流二极管,其击穿电压额定值应大于600V,正向电流大于0.5

A.

和C2滤波后,供TOP作高压逆变,高频脉冲变压器T和

TOP器件及其它辅助电路共同组成脉宽调制型的开关电

源。

变压器T共有三个绕组:L1是T的初级绕组,它和

TOP器件组成脉宽调制器的主回路;L3是T的控制绕组,起

脉宽调制的控制作用;L2是T的另一次级绕组,它是该开关电源的输出绕组。在该TOP开关电源中,高频变压器T的初级一端接在高压的整流端,另一端是由TOP内部的

MOSFET漏极所驱动,并工作在100kHz的开关状态。当TOP断开时,由于漏电感的存在,会引起脉冲前沿的尖峰电

压,为了抑制该尖峰电压,在变压器初级回路上并接有瞬态抑制稳压管VD5和二极管VD6,组成的箝位削峰电路,以使前沿尖峰电压限制到MOSFET漏极的击穿电压BVDS(700

V)以下,要求VD5有足够的瞬态和稳态的功率承受能力,而

图1

TOP开关电源的输出电路比较简单,T的次级电压经

其稳压值应使峰值箝位电压比电源输出满载时的反向电压高出30V-50V.对所有TOP系列的开关电源,VD5可用

190V-200V󰃗1W-5W的稳压管,由于TOP开关电源工

再经L5、可VD7整流、C3滤波、C4二次滤波后,输出所需的、调直流稳定电压,(电压大小由电器RP调节)。其中VD7选

①

收稿日期:2001212213

作者简介:冯文礼(19492),男,辽宁锦州人,锦州电视大学讲师。

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辽宁工学院学报(自然科学版)第22卷第2期

用高速快恢复二极管,(5A󰃗200V)或高压型肖特基二极管

(5A󰃗120V);电感L3自制,用Ω0.8mm的绝缘漆包线,在

其中　NP、NS、Vmin、V0和Dmax分别代表T的初级绕组L1的匝数,输出绕组L2的匝数,初级最低电压,次级输出电压和脉冲占空比,若Dmax取50◊,Vmin设定为135V、V0要求24

V,则Np󰃗Ns=5.63当NP=180匝数,(上述选定)则输出绕

Ω3.2mm的园柱上密绕20匝脱胎即成。

TOP开关电源控制电路由三部分组成,如图1所示:①

精密基准三端稳压器TL431的偏置电阻R4、R5组成的误差电压取样电路。②光耦合器E组成的电压-电流变换电路,它将上述的取样输出信号变换成电流后送到TOP的控制极,以调整TOP内部脉宽调制的占空比。③L3、VD8和C6组成E的偏置电路,变压器T的控制绕组电压经VD8整流、C6滤波后给光耦合器件E提供编置电压。本开关电路,选用了

TOP204,其输出功率可达80W-100W,输出电压DC18V-DC24V,输出电流4A.

组匝数为36匝。

控制绕组的匝数与控制电路的方式有关,对简单的控制电路,可按匝数比10∶1选取,对光耦合器控制电路,可按8∶1选取,图1所示的控制电路,可按9∶1选取等。据此控制绕组L3取18匝。由此可见,选取控制组匝数比较灵活,即使有误,还可以适当调整控制回路中的电阻R3的值,使其控制功能处于最佳状态。

2.4　变压器器的绕制和安装

变压器初、次级绕组匝数确定之后,可按通过的电流确定所用漆包线的线径。绕制线圈时,其绕组顺序是,在绝缘骨架上先绕L1,(一般占2-3层),加上足够的绝缘层,再用双线并绕输出电压绕组。在最外层,也用双线并绕控制绕组。绕组的顺序安排,不要随意变动。绕好线圈后,装上磁芯固牢,再测试初级线圈的电感值,若误差太大,可调整磁芯气隙校正,图2是变压器T的有关参数。

电路的输入端接上220V电源时,开关电源开始工作,电容器C5由TOP内部的控制电源充电,当C5两端电压达到5.7V(TOP控制端电压VC的上限值)时,TOP内部的控制电源就自动关断,转由外部光耦合器输出的控制电流通过

C5作用向控制端C供电,从而控制TOP内部脉冲宽调制的

占空比,使开关电源的输出电压达到稳定值。在控制电路中TL431的偏置电阻R4、R5阻值计算十分重要,要求输出电压不同,其阻值也不同,R4、R5阻值计算依据是保证A点电压为2.5V.例如输出电压为15V时,R4取49.90k8,R5取10

k8,图1中对R4取49.90k8固定电阻外,又加一可调电位

器RP,以保证电位器滑动时输出电压在18V-24V内连续可调,控制回路的电阻R1、R2是限流电阻,其值只要保证

TL431的电流在工作范围内即可。

2　变压器的制作

2.1　选择磁芯

TOP开关电源的变压器T,其工作频率为100kHz,应

图2

3　安装调试

按图1开关电源电路图设计,制作好印刷线路板,安好元器件,焊接好电路后,检查无误即可加电调试。若安装无误,调整RP即可在电源输出端获得18V-24V稳定的直流电压。若电路不能正常工作,应重点检查线路接法是否正确,变压器T各线圈的各同名端接入线路板时,是否符合图1的标注,TOP控制端C的驱动电容C5的极性是否按反等,它们都会导致电路不能正常工作,或完全不工作。总之,只要线路焊接正确,一般一装即告成功。图1开关稳压电源的稳压精度为0.3◊(输入电压95V-265V);负载稳压精度0.6%

(4A󰃗24V)其波纹电压与输出电压、电流有关。

选用高频铁氧体材料作磁芯绕制变压器,如日本产的

TDKPC40其工作频率可达500kHz以上。磁芯结构应采用EI型或EE型,其外形尺寸按电源的输出功率选配,本电源

选用磁芯为EI28.

2.2　变压器的初级绕组

在确定变压器T各绕组匝数之前,应首先确定初级绕组

L

1

的电感量,L1的值与脉冲占空比和选用的TOP型号有

关,当电源输入电压为220V时,占空比取50%对应TOP204的L1为770-1480ΛH.当输入电压(85V-215

V)较低时,取L1的下限值。较高时取上限值。L1值选定后,

利用TOP器件还可以制做多路输出的开关电源,其输出可有三组,+12V󰃗1A、-12V󰃗0.2A和5V󰃗1A等。多路输出电源的各路输出电压,共用脉冲变压器的一个输出绕组,再按规定的抽头取出不同的输出电压,此时会增加绕制变压器的工作量,而其效果与共用一个输出绕组一样。其稳压过程,由三端集成稳压器7805、7812控制。

在选用的磁芯上试绕50-100匝,并用普通电感测试议测量电感量,增减匝数,以符合确定的范围,本电源电路中的L1值为1260ΛH,绕180匝。

2.3　变压器的次级绕组

在本电源中T的次级有两个绕组;一个是输出绕组;一个是控制绕组。输出绕组可按如下公式估算:

NN

ps

责任编辑:刘亚兵

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