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      1. 基于TOP249Y芯片的開關電源設計

        時間:2023-03-20 01:00:44 理工畢業論文 我要投稿
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        基于TOP249Y芯片的開關電源設計

        摘要:介紹了一種采用TOP249Y智能控制集成芯片設計的開關電源的方法,同時介紹了TOP249Y芯片的內部結構及工作原理,給出了基于TOP249Y的單端反激式開關電源的設計電路,并對外圍電路的設計進行了分析說明。

        1 引言

        隨著PWM技術的不斷發展和完善,開關電源得到了廣泛的應用,以往開關電源的設計通常采用控制電路與功率管相分離的拓撲結構,但這種方案存在成本高、系統可靠性低等問題。美國功率集成公司?POWER Integration Inc?開發的TOP Switch系列新型智能高頻開關電源集成芯片解決了這些問題,該系列芯片將自啟動電路、功率開關管、PWM控制電路及保護電路等集成在一起,從而提高了電源的效率,簡化了開關電源的設計和新產品的開發,使開關電源發展到一個新的時代。文中介紹了一種用TOP Switch的第三代產品TOP249Y開發變頻器用多路輸出開關電源的設計方法。

        2。裕希校玻矗梗僖_功能和內部結構

        2.1 TOP249Y的管腳功能

        TOP249Y采用TO-220-7C封裝形式,其外形如圖1所示。它有六個管腳,依次為控制端C、線路檢測端L、極限電源設定端X、源極S、開關頻率選擇端F和漏極D。各管腳的具體功能如下:

        控制端C:誤差放大電路和反饋電流的輸入端。在正常工作時,利用控制電流IC的大小可調節占空比,并可由內部并聯調整器提供內部偏流。系統關閉時,利用該端可激發輸入電流,同時該端也是旁路、自動重啟和補償電容的連接點。

        線路檢測端L:輸入電壓的欠壓與過壓檢測端,同時具有遠程遙控功能。TOP249Y的欠壓電流IUV為50μA,過壓電流Iav為225μA。若L端與輸入端接入的電阻R1為1MΩ,則欠壓保護值為50VDC,過壓保護值為225VDC。

        極限電流設定端X:外部電流設定調整端。若在X端與源極之間接入不同的電阻,則開關電流可限定在不同的數值,隨著接入電阻阻值的增大,開關允許流過的電流將變小。

        源極S:連接內部MOSFET的源極,是初級電路的公共點和電源回流基準點。

        開關頻率選擇端F:當F端接到源極時,其開關頻率為132kHz,而當F端接到控制端時,其開關頻率變為原頻率的一半,即66kHz。

        漏極D:連接內部MOSFET的漏極,在啟動時可通過內部高壓開關電流提供內部偏置電流。

        2.2 TOP249Y的內部結構

        TOP249Y的內部工作原理框圖如圖2所示,該電路主要由控制電壓源、帶隙基準電壓源、振蕩器、并聯調整器/誤差放大器、脈寬調制器(PWM)、門驅動級和輸出級、過流保護電路、過熱保護電路、關斷/自動重起動電路及高壓電流源等部分組成。

        3 基于TOP249Y的開關電源設計

        筆者利用TOP249Y設計了一種新型多路輸出開關電源,其三路輸出分別為5V/10A、12.5V/4A、7V/10A,電路原理如圖3所示。該電源設計的要求為:輸入電壓范圍為交流110V~240V,輸出總功率為180W。由此可見,選擇TOP249Y能夠滿足要求。

        3.1 外圍控制電路設計

        該電路將X與S端短接可將TOP249Y的極限電流設置為內部最大值;而將F端與S端短接可將TOP249Y設為全頻工作方式,開關頻率為132kHz。

        圖2

        在線路檢測端L與直流輸入Ui端連接一2MΩ的電阻R1可進行線路檢測,由于TOP249Y的欠壓電流IUV為50μA,過壓電流Iav為225μA,因此其欠壓保護工作電壓為100V,過壓保護工作電壓為450V,即TOP249Y在本電路中的直流電壓范圍為100~450V,一旦超出了該電壓范圍,TOP249Y將自動關閉。

        3.2 穩壓反饋電路設計

        反饋回路的形式由輸出電壓的精度決定,本電源采用“光耦+TL431”,它可以將輸出電壓變化控制在±1%以內,反饋電壓由5V/12A輸出端取樣。電壓反饋信號U0通過電阻分壓器R9、R11獲得取樣電壓后,將與TL431中的2.5V基準電壓進行比較并輸出誤差電壓,然后通過光耦改變TOP249Y的控制端電流IC,再通過改變占空比來調節輸出電壓U0使其保持不變。光耦的另一作用是對冷地和熱地進行隔離。反饋繞組的輸出電壓經D2、C2整流濾波后,可給光耦中的接收管提供電壓。R4、C4構成的尖峰電壓經濾波后可使偏置電壓即使在負載較重時,也能保持穩定,調節電阻R6可改變輸出電壓的大小。

        3.3 高頻變壓器設計

        由于該電源的輸出功率較大,因此高頻變壓器的漏感應盡量小,一般應選用能夠滿足132kHz開關頻率的錳鋅鐵氧體,為便于繞制,磁芯形狀可選用EI或EE型,變壓器的初、次級繞組應相間繞制。

        高頻變壓器的設計由于要考慮大量的相互關聯變量,因此計算較為復雜,為減輕設計者的工作量,美國功率公司為TOP Switch開關電源的高頻變壓器設計制作了一套EXCEL電子表格,設計者可以方便地應用電子表格設計高頻變壓器。

        3.4 次級輸出電路設計

        輸出整流濾波電路由整流二極管和濾波電容構成。整流二極管選用肖特基二極管可降低損耗并消除輸出電壓的紋波,但肖特基二極管應加上功率較大的散熱器;電容器一般應選擇低ESR?等效串聯阻抗?的電容。為提高輸出電壓的濾波效果,濾除開關所產生的噪聲,在整流濾波環節的后面通常應再加一級LCC濾波環節。

        3.5 保護電路設計

        本電源除了電源控制電路TOP249Y本身所具備的欠壓、過壓、過熱、過流等保護措施外,其外圍控制電路也應有一定的保護措施。用D3、R12、Q1可構成一個5.5V的過壓檢測保護電路。這樣,當5V輸出電壓超過5.5V時,D3擊穿使Q1導通,從而使光耦電流增大,進而增大了控制電路TOP249Y的控制端電流IC,最后通過內部調節即可使輸出電壓下降到安全值。

        圖3

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