一种基于TOP260EN的开关电源设计_张继东
基于TOP249开关电源的设计
０ 引 言
开 关 电 源 是 利 用 现 代 电 子 技 术 ．控 制 开 关 晶 体 管 开 通 和关 断 的时 间 比率 。维 持稳定 输 出 电压 的一 种 电源 ．开 关 电 源 一 般 南 脉 冲 宽 度 调 制 （ＰＷ Ｍ）和 ＭＯＳＦＥＴ 构 成 。开 关 电源 和线 性 电源 相 比 ，二 者 的成本 都 随着 输 出 功率 的 增加 而 增长 ，但二 者增 长 速率各 异 。开 关 电源 比普 通 的线 性 电源 效率 高 ，开关 电源 的发展 与 应用 在 节约 能 源 、节 约 资 源及 保 护环 境方 面都 具有 重 要 的意 义 。开关 电 源高 频 化 是其 发展 的方 向 ，高频 化使 开关 电 源小 型化 ．并使 开 关 电 源进 入更 广泛 的应用 领域 ．开 关 电源 比普通 线性 电源 体积 小 ，重 量 轻 ，更便 于 携带 。
１ 开 关 电源 未 来 的发 展 方 向
（１）小 型 化 、薄 型 化 、轻 量 化 、高 频 化 。 开 关 电 源 的 体
修 稿 日期 ：２０１６—０３—０５ 作 者 简 介 ： 兰 茂龙 （１９７１－），男 ，讲 师 ，学 士 学位 。研 究方 向 ：电 气 自动 化 技 术 。
积 、重 量 主 要 是 南 储 能 元 件 （磁 性 元 件 和 电 容 ）决 定 的 ，冈 此 开关 电 源 的小 型化 实质 上 就是 尽可 能 减小 其 中储 能 元 件 的 体积 ；在 一 定 范 围 内 ，开 关 频率 的提 高 ，不 仅 能 有 效 地 减小 电容 、电感及 变 压 器 的尺 寸 ，而且 还 能 够抑 制 干 扰 ，改 善 系统 的 动态 性能 。冈此 ，高频 化 是开 关 电源 的主 要 发 展 方 向 。
多功能手车开关电动推进器的创新与应用
选择 课 题 电可靠性 等要求 ， 运 用头脑 风暴法 ， 充分发 挥想 像力， 结 合各 自的专业 淮北供 电公司邵桥 维操站 管辖着２ ２ ０ ｋ Ｖ 、 １ １ ０ ｋ Ｖ ， ３ ５ ｋ Ｖ变电站６ 座， 知识 和实践 经验 ， 提 出了自己的想法和 意见 ， 综合整理 后形成 三个可供 担负淮北 市南 部的煤 矿， 火车站 及工 农业生 产、 居 民用电的 重任 。 供 电 选择 的课题， 并经过 综合分析、 评价、 比较。 设备 每多停运一分 钟都 是对人员和财 产安 全的重大 威胁 ， 因此 ， 要 提高 结论 ： 通 过运 用 “ 兰勃五项性 能综 合评定法 ， 小组 成 员一致 选定 供 电可靠性 ， 尽量减 少电力设备停运时 间， 是我们 工作的 重中之 重。 “ 研制新 的多功能 手车开关推进 、 摇出操作器” 为本 课题突破 口。 在 本站 所管 辖的 ６ 个变 电站中 ， 共有３ ５ ｋ Ｖ及１ ０ ｋ Ｖ手车式 开关 １ ０ ３ 二． 设 定 目标 台。 其具体分布如下表 。 （ 一） 目 标可行性分析 表ｌ 邵 桥维操站 所辖变 电站 手车式开关配 置数 量统计表 １ 、 职 工创新 活动 得到 了准北 供电公司和 各职能 部室、 生产 工区领 置地点 杨柳变 四铺 变 李庄变 海孜变 导 的大力支持， 是我们实现 目 标 的强有力的组织保 障。 数量 （ ３ ５ ｋ Ｖ） ２ ９ １ ４ ７ ０ ２ 、 小组 成 员均有长期 从事变 电运行、 操作工作的实 际经验 及较 高 数量 （ １ ０ ｋ Ｖ） Ｏ ２ １ ｌ １ ２ １ 的技术水平 ， 对于所 辖设备特点及 操作技巧 非常熟悉 ， 是实现 目 标 的人 总计 ２ ９ ３ ５ １ ８ ２ ｌ 员保 障。 １ 、 在本站 所管辖 的手 车式开关 中， 一共 有 ４ 种型号。 其具 体数量 ３ 、 根据 初步设 想 ， 部分 材料可 就地 取材 ， 还可 利用 现有工具 进行 如下表 ： 改造 ， 制作成 本不会太高， 这是实现 目 标 的经济保障 。 表 ２邵桥维 操站所辖 变电站手车式开 关配置型号统计 表 ４ 、 由于长期 开展 Ｑ Ｃ 活动， 小 组成 员不 同程 度的掌 握了＿ 一些钳工 、 型 号 ＫＹＮ５ ８ — ＨＶＸ４ ０ — ＫＹＮ２ ８ 车工技 术 ， 并积 累了一些人脉 ， 在常用加 工技 术上寻求合作得 心应手 。 是 ４０ １ ２ Ｋ ＹＮ ７ ２ —４０ ． ５ ５ ２５ 一ｌ ２ Ｆ３ ５ ０ 实现 目 标 的技术保 障。 数量 （ 台） １ ４ ７ ５ ３ ２ ９ 三 提 出方案 总计 １ ０ ３ 小 组成 员围绕 如何 研制 “ 新的手 车开关推 进 器”， 这一 课题 ， 运用 ２ 、 这些手车 开关 的推进 、 拉 出操作 目前都 是依靠 摇把 手摇进行 。 “ 头脑风暴法” ， 抓住 “ 快速、 多用、 方便” 这个关键的问题， 一致认为应 在 实践 中存在 不少问题 ， 比如 ： 使 用电动工具作为动 力源， 这样可以增加 转速 ， 提高 效率 ， 减 少操作 时 （ １ ） 手车开关 的闭锁 装置与推 进 装置 的位置 距离太近 ， 且体 积较 间。 对 于具体选择 何种 动 力源 则提 出了２ 种初步 方案进行 分析、 比较和 大， 占用位 置太多， 在连接 摇把 时， 经常出现误碰 、 或不能 完全打开而使 评 判。 摇 把连接 不上的情况 。 耗 时、 费力。 四、 实施 阶段 （ ２ ） 人工操作劳 动强度大 ， 一 般操作人员连续操 作４ 个左右 既感体 实施一： 设计工具 力不支， 必须换 人， 在整 条母线操作时 ， 既耗时， 又不安全。 在动力系统 装置确 定的情况下， 按 照对 策表 目 标 的要求 ， 实际测 量 （ ３ ） 推进 过程复杂 ， 用时较长 。 根据 实际测试 ， 以杨柳变ＫＹ Ｎ７ ２ — 了本 站所辖各站所有型号 的手车开关 推进系统连 接柄的形状 及尺寸， 并 ４ Ｏ ． ５ 型开关 为例， 推进 到位一共需要旋 转８ １ 圈， 用时 约１ 分钟 左右， 如果 据 此设计 出了各种 传动系统连杆 的结 构与规格 。 中途脱落 ， 则时间更长 。 表４手车式 开关不同型号推进 系统连 接柄规格统计 表 表４ 不同型号 手车式开关推 进量调查表
论文后续(2)
1]何希才主编《新型开关电源及其应用》，北京：人民邮电出版，1996；[2]周志敏、周纪海等主编《开关电源实用技术设计与应用》，北京：人民邮电出版社，2003；[3]叶慧贞、杨兴洲等主编《新颖开关稳压电源》，北京：国防工业出版社，1999 ；[4]王英剑主编《新型开关电源实用技术》，北京：电子工业出版社，1999；[5]孙燕、刘爱民主编《Protel 99设计与实例》，北京：机械工业出版社，2000；[6]王力、张伟主编《电路设计与制板》，北京：人民邮电出版社，2003；[7]谢淑如主编《Protel PCB 99 SE电路板设计》，北京：清华大学出版社，2001；[8]彭端、彭珞丽,“GBT全桥逆变器用RCC多路开关电源的研究”，《电气传动》，2001年06期；[9] 朱瑞，“开关电源新技术动态”，《微电子学》，1994年02期；[10]李靖，“中国开关电源市场的分析”，《电工技术杂志》，2000年02期；[11]沙占友主编《开关电源最新应用技术》，北京：机械工业出版社，2002.9；【1】徐德鸿、沈旭、杨成林、周邓燕。
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基于TOP261YN芯片的多路输出单端反激式开关电源的设计
在此反 激 式 电路 中 ， ｌ Ｃ 、 ３为 安 规 电 Ｃ 、２ ｃ 容 ， 中 ， １专 门 用 于滤 除 电 网之 间 的 串模 干 其 Ｃ 扰 ， 为 “ 电容 ” ２ Ｃ 被称 ｘ 。Ｃ 、 ３接 在 高 压 与地 之 问 ， 于滤 除 共模 干 扰 ， 称 为 “ 电容 ” 电 用 被 Ｙ 。
收稿 日期 ：００— ５—１ ２１ ０ ７
控制器 、 振荡器 、 热关 断保 护电路 、 故障保 护电
路及其它控制 电路集 成在一个单片器件内， 极
作者简介 ： 赵翔 （９ ７ ， ， １８ 一） 男 江苏 泰州人 ， 成都理 工 大学在读硕士研究 生 ， 研究 方 向为测试 计量 技术及
仪器。
大地改善了产品的性能。本开关电源的原理 图
如 图 １ 。
】 ２ ５ ９
图 １ 开 关 电源 原 理 图
３ １ 输入输 出电路设 计 ．
馈 电压 ＋ｌ 输 出 的开 关 噪 声 ， 用 电感 Ｌ ５Ｖ 使 １ 和 电容 Ｃ １ 成次 级 Ｌ Ｆ４构 Ｃ滤波 器 ， 效提 高 了 有 输 出端 电压 的稳定 性 Ｊ 。
在高 频变 压器 的初 级绕 组 上 ， 当 ＭＯ Ｆ Ｔ关 仅 ＳＥ
单、 体积小 （ 因无需工频变压 器） 能完全实现 、 电气隔离等显著特点。一般情况下 ， 中小功 在 率电源中， 由于反激式 开关 电源无 需一个和变 压器 体积 大 小 差不 多 的 电感 ， 结构 简单 因 而得
到更广泛 的应 用 。通 常对 于 输 出功率 超 过 １０ ０ ｗ 的 电源 ， 分 立 器 件 实 现 起 来 有 难 度 。 然 用
果表 明 ， 该开关 电源具有 良好 的性能。 关键词 ： 开关电源 ； 反激 式 ； 多路输 出； 高频变压器 中图分类号 ： Ｔ ６ Ｎ８ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ： ０５ － ３ （０ ０ １－５ ９０ ２ ８０ ４ ２ １ ） １１２ － ９ ４
利用TOP242N的开关电源电路设计
利用TOP242N的开关电源电路设计开关电源基于自身的体积小巧和转换效率高的特点已在电子产品中得到了广泛的应用，特别是美国PI公司开发的TOPSwitch系列高频开关电源集成芯片的出现，使电路设计更为标准成熟、简洁便捷。
但该TOPSwitch系列的集成芯片其典型输入电压设计为不高于275V的情况下工作，在工业现场，电网的电压往往受用电负载的变化而变动，特别是负载较大时情况尤其严重，另外现场环境的干扰尖峰也会叠加在输入电压上一起进入电源电路，致使在恶劣环境下正常供电的电源芯片或其它的元件极其容易损坏。
超宽范围输入的电源可在输入80～400V的范围内正常工作，同时也为现场任意采用220V相电压或380V线电压，还是一次高压互感器出来的100V电压，均可直接使用提供了方便。
一、利用了TOP242N设计了一个实用的三路输出的开关电源，其输出分别为5V／0．6A、5V／0．1A、15V／0．15A，电路原理图如图1所示。
要求输入电压范围为交流80～400V，输出总功率约为6W左右。
1)前端电路设计当输入电压要求为AC400V时，考虑输入时电源的波动变化为±15％，则最高输入电压将达到460V左右，此输入电压经整流滤波后，其电压可达650V左右，再考虑加上输出反馈的电压Uor和漏感形成的尖峰电压叠加后其最高电压将超过800V，而该芯片的最高电压为700V，为了保证TOP242能正常安全工作，在设计前端电路时增加了一个MOS管，让MOS管与TOP242串接，并实现与TOP管同步开关来提高整体耐压。
本设计采用的MOS管是IR公司的IRFBC20，其耐压为600V，导通关断时间为几十个ns，这可以大大减少开关损耗。
MOS管的通断由TOP242N 控制，这样可以使MOS管和TOP242N内部的开关管时序保持一致，见图1。
2)外围控制电路设计该电路将TOP242N的极限电流设置为内部最大值，将TOP242N设为全频工作方式，开关频率为132kHz，把多功能脚M与S短接。
电力仪表开关电源设计
电力仪表开关电源设计电力仪表开关电源设计【摘要】本文分析了TOP260E特性和结构，并基于其特性针对电力仪表开关电源进行了设计，该开关稳压电源效率高、纹波小、输出电压稳定，性能优良，适合于仪器仪表的控制用电。
【关键词】电力仪表开关电源TOP260EN中图分类号：F407.61文献标识码：A文章编号：随着电力仪表测量精度的不断提高以及体积越来越小，传统的线性电源虽然设计简单方便，使用的器件较少，纹波能满足仪表设计的要求，但是要求输出功能变大时，变压器的体积是很多工程师棘手的问题，而且成本也随之增加。
开关电源体积小、宽输入电压，而且使用合适的元器件，合理的PCB布线，同样也能输出较好的纹波，价格上也可以接近线性电源，甚至更低。
本文基于TOP260E对电力仪表的开关进行了简单的设计。
一、TOPSw itch-HX系列芯片介绍1、芯片性能特点TOPSwitch-HX系列芯片是美国Power Integrations 公司最新推出的一组开关电源集成芯片。
它将高压功率MOSFETPWM控制器、故障保护电路以及其他控制电路集成到单个CMO芯片中，具备过压、欠压、过流、过热保护、远程控制等众多功能。
它广泛地应用于中小功率开关电源中，使电源损耗更少、电磁干扰更少、体积更小、效率更高、可靠性更高。
TOPSwitch-HX系列产品具有以下显著特点：(1)将脉宽调制(PWM控制系统的全部功能集成到三端芯片中，内含脉宽调制器、功率开关场效应管(MOS-FET)、自动偏置电路、保护电路、高压启动电路和环路补偿电路，通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，真正实现了无工频变压器、隔离式开关电源的单片集成化，使用安全可靠。
(2)采用漏极开路输出，并利用控制极反馈电流IC来线性调节占空比实现AC/DC变换的，即属于电流控制型单片开关电源。
(3)输入交流电压和频率的范围极宽。
作固定电压输入时，可选110V/115V/230V交流电，允许变化士15%在宽电压范围输入时，适配85~265V交流电，但输出功率峰值POM要比前者降低40%(4)它只有三个引出端，能以最简方式构成无工频变压器的单端反激式开关电源。
开关电源设计课程论文
高频开关电源课程论文基于TOP260EN的反激式开关电源的仿真研究学院电力学院专业电力电子与电力传动学生姓名王振亚学号************课任教师肖文勋提交日期2013年03月19日开关电源课程设计本课程的设计目标是做一个100W的驱动电源，其中输入为102—265V交流电；输出分为两路：主输出为12V,8A;副输出为8V，0.4A,所用开关控制器为PI公司生产的TOP260EN芯片。
一、简单介绍本文是为家电设计一款100W左右的冷却电源，使用TOPSwitch-HX系列的TOP260EN芯片。
电源输出为：12V 8A和8V 0.4A。
其中芯片的工作频率在66kHz—132kHz之间。
本课程设计主要包括驱动电源相关参数，电路图，电路设计原理，变压器设计，电源电路仿真，实物图等部分。
二、电源主要目标参数图1. 开关电源的主要参数从表中可以看出：出了前面介绍的电源输出电压电流要求外，输出电压的纹波不超过500mV,满负荷运行的效率要达到82%。
三、电路原理图图2. 电路原理图四、开关电源电路设计原理分析本电路是用TOP260EN作为控制芯片的反激式驱动电源，设计运行电压范围为交流102V—265V之间。
该驱动电源有两路输出：12V 8A和8V 0.4A，总设计功率为100W，电气原理图如上图所示。
4.1驱动电源电路输入和EMI滤波部分保险丝F1在电源出现如短路等故障时起保护作用，整流桥D2将交流电压转换成直流电压，电容C4进行电源滤波和储能。
放置在整流桥前面的共模扼流圈和电容C16作用是一方面降低共模噪音，另一方面降低EMI辐射。
R11和R12在交流输入关断时对电容放电。
C7作为旁路电容可以减少输入电压回路规模。
4.2控制电路部分钳位缓冲电路由D4，R3，VR1和C9组成。
在主开关MOS管关断期间，变压器主线圈会因为漏感储存的能量而产生一个尖峰电压，这个电压可能超过MOS管的击穿电压。
在关断期间，二极管D4导通，VR1可以防止主线圈电压超过其额定值（本设计为200V）。
高电压PMOS驱动电路[发明专利]
![高电压PMOS驱动电路[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/db92e911580102020740be1e650e52ea5518ced4.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710240522.2(22)申请日 2017.04.13(71)申请人 河北新华北集成电路有限公司地址 050200 河北省石家庄市鹿泉开发区昌盛大街21号(72)发明人 张在涌 赵永瑞 张浩 谭小燕 贾东东 (74)专利代理机构 石家庄国为知识产权事务所13120代理人 王占华(51)Int.Cl.H03K 17/687(2006.01)(54)发明名称高电压PMOS驱动电路(57)摘要本发明公开了一种高电压PMOS驱动电路，涉及应用于场效应晶体管的驱动电路技术领域。
所述驱动电路包括与非门、脉冲信号产生电路、电平移位电路、触发器、缓冲电路以及VS电压产生电路，使能信号输入端EN以及信号输入端口INPUT分别同所述与非门的两个输入端口A、B连接，所述与非门的输出端口O接脉冲信号产生电路的输入端口IN，脉冲信号产生电路的两个输出端口O_1、O_2分别接电平移位电路的两个输入端口IN1、IN2，电平移位电路的两个输出端口O_1、O_2分别接触发器的两个输入端口，触发器的输出端口接缓冲电路的输入端口IN，缓冲电路输出端口OUT接驱动电压输出端口HO。
所述驱动电路的结构简单、易于实现、功耗小、开关损耗小、转换效率高、工作电压范围广且不需自举电路。
权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 106998200 A 2017.08.01C N 106998200A1.一种高电压PMOS驱动电路，其特征在于：包括与非门（1）、脉冲信号产生电路（2）、电平移位电路（3）、触发器（4）、缓冲电路（5）以及VS电压产生电路（6），使能信号输入端EN以及信号输入端口INPUT分别同所述与非门（1）的两个输入端口A、B连接，所述与非门（1）的输出端口O接脉冲信号产生电路（2）的输入端口IN，脉冲信号产生电路（2）的两个输出端口O_1、O_2分别接电平移位电路（3）的两个输入端口IN1、IN2，电平移位电路（3）的两个输出端口O_1、O_2分别接触发器（4）的两个输入端口，触发器（4）的输出端口接缓冲电路（5）的输入端口IN，缓冲电路（5）的输出端口OUT接驱动电压输出端口HO，VS电压产生电路（6）的输出端口OUT接中间电平VS输出端口，所述与非门（1）和脉冲信号产生电路（2）的电源端和接地端分别接低电源电压VDD及地端口GND，所述电平移位电路（3）的电源端接高电源电压VB、接地端接GND，所述触发器（4）以及缓冲电路（5）的电源端和接地端分别接高电源电压VB及中间电平VS。
一种基于TOP260EN的开关电源设计_张继东
收稿日期:2009-10基金项目:哈尔滨市科技创新研究专项资金项目(2008RFQXG 108)作者简介:张继东(1970)),男,硕士,副教授,主要从事大功率电能开关变换的控制和应用的研究。
图1 TOPS w itch -HX E 型封装的内部结构图和引脚排列图一种基于TOP260EN 的开关电源设计张继东,秦进平(黑龙江工程学院电子工程系,黑龙江哈尔滨150050)摘要:采用PWM 控制器和M OSFET 功率开关一体化的集成控制芯片是新一代开关电源设计的重要特点和趋势。
为此,针对超声波发生器辅助电源设计中存在的问题,设计出一种基于TOP260EN 的反激式开关电源。
介绍了TOP S w itch -HX 系列芯片的性能特点、内部结构和引脚功能,详细地说明了该电源的设计过程。
研制出一台电源,经现场检测,该电源性能良好,满足设计要求。
关键词:TO P260E N;TOPSw itch -HX;电路设计;辅助电源中图分类号:TM 86;TN 712 文献标识码:B 文章编号:1006-2394(2010)02-0063-04D esign of the Sw itch Power Supply B ased on TOP260ENZ HANG J-i dong ,Q IN Ji n -p i n g(D epart ment o f E lectron i c Eng i neering ,H e ilong jiang Institute of T echno l ogy ,H arb i n 150050,Chi na)Abst ract :It p s an i m portant character and tendency to i n troduce integ rati n g P WM controller w ith MOSFET po w er -s w itch .I n allusion to the prob le m s ex isti n g in the desi g n of aux iliar y po w er supp l y for ultrason ic generator ,a novel fl y -back s w itch i n g po w er supp ly based on TOP260E N is designed .The perfor m ance characteristics ,i n terna l structure and pi n descriptions o fTOPSw itc h-HX series chips are i n troduced in th is paper .The desi g n o f the po w er supply is particular -l y expla i n ed .The po w er supply is developed .Through field detecti o n ,the po w er supply has good perfor m ance and m eets desi g n requ ire m ents .K ey w ords :TOP260E N;TOPSw itch -HX;circuit design ;aux ili a ry po w er supp l y1 TOPS w itch -HX 系列芯片介绍1.1 芯片性能特点TOPSw itch -H X 系列芯片是美国Po w er I ntegrations 公司最新推出的一组开关电源集成芯片。
一种新型高压真空负荷开关的开发
一种新型高压真空负荷开关的开发
张继东
【期刊名称】《机电技术》
【年(卷),期】2011(034)001
【摘要】介绍了高压交流真空负荷开关在结构上的首创性,设计一种采用同封极柱形式结构、真正带下隔离断口的侧装式整体结构形式的真空负荷开关.同时也为高压交流真空负荷开关实现额定电流1250A提供了一种可靠、稳定的方式.
【总页数】4页(P107-110)
【作者】张继东
【作者单位】福建森源电力设备有限公司,福建,福州,350008
【正文语种】中文
【中图分类】TM564.2
【相关文献】
1.适用于高压真空气淬炉的一种新型鳍片换热器
2.一种全新型、高可靠性VXB-12高压真空断路器
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5.一种新型低截流值真空负荷开关的研制
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收稿日期:2009-10基金项目:哈尔滨市科技创新研究专项资金项目(2008RFQXG 108)作者简介:张继东(1970)),男,硕士,副教授,主要从事大功率电能开关变换的控制和应用的研究。
图1 TOPS w itch -HX E 型封装的内部结构图和引脚排列图一种基于TOP260EN 的开关电源设计张继东,秦进平(黑龙江工程学院电子工程系,黑龙江哈尔滨150050)摘要:采用PWM 控制器和M OSFET 功率开关一体化的集成控制芯片是新一代开关电源设计的重要特点和趋势。
为此,针对超声波发生器辅助电源设计中存在的问题,设计出一种基于TOP260EN 的反激式开关电源。
介绍了TOP S w itch -HX 系列芯片的性能特点、内部结构和引脚功能,详细地说明了该电源的设计过程。
研制出一台电源,经现场检测,该电源性能良好,满足设计要求。
关键词:TO P260E N;TOPSw itch -HX;电路设计;辅助电源中图分类号:TM 86;TN 712 文献标识码:B 文章编号:1006-2394(2010)02-0063-04D esign of the Sw itch Power Supply B ased on TOP260ENZ HANG J-i dong ,Q IN Ji n -p i n g(D epart ment o f E lectron i c Eng i neering ,H e ilong jiang Institute of T echno l ogy ,H arb i n 150050,Chi na)Abst ract :It p s an i m portant character and tendency to i n troduce integ rati n g P WM controller w ith MOSFET po w er -s w itch .I n allusion to the prob le m s ex isti n g in the desi g n of aux iliar y po w er supp l y for ultrason ic generator ,a novel fl y -back s w itch i n g po w er supp ly based on TOP260E N is designed .The perfor m ance characteristics ,i n terna l structure and pi n descriptions o fTOPSw itc h-HX series chips are i n troduced in th is paper .The desi g n o f the po w er supply is particular -l y expla i n ed .The po w er supply is developed .Through field detecti o n ,the po w er supply has good perfor m ance and m eets desi g n requ ire m ents .K ey w ords :TOP260E N;TOPSw itch -HX;circuit design ;aux ili a ry po w er supp l y1 TOPS w itch -HX 系列芯片介绍1.1 芯片性能特点TOPSw itch -H X 系列芯片是美国Po w er I ntegrations 公司最新推出的一组开关电源集成芯片。
它将高压功率MOSFET 、P WM 控制器、故障保护电路以及其他控制电路集成到单个C MOS 芯片中,具备过压、欠压、过流、过热保护、远程控制等众多功能。
它广泛地应用于中小功率开关电源中,使电源损耗更少、电磁干扰更少、体积更小、效率更高、可靠性更高。
1.2 芯片内部结构图和引脚功能TOPSw itch -H X 封装主要分为Y 封装、E 封装、L 封装、M 封装、P 和G 封装。
现以图1(a)所示的E 封装内部结构图来说明TOPSw itch -HX 系列芯片的结构特点,其主要由以下几部分组成:(1)控制电压源;(2)带隙基准电压源;(3)频率抖动振荡器;(4)并联调整器/误差放大器;(5)脉宽调制器(含P WM 调制器和触发器);(6)过电流比较器;(7)门驱动级和输出级;(8)具有滞后特性的过热保护电路;(9)关断/自动重启动电路;(10)高压电流源;(11)软启动电路;(12)输入过压、欠压检测及保护电路;(13)电流极限调节器;(14)线路检测器;(15)线路检测端和极限电流设定端的内部电路;(16)停止逻辑;(17)开启电压为1V 的电压比较器。
本次设计选用E 封装的TOPSw itch-HX 芯片,其引脚排列如图1(b)所示,引脚功能如下。
漏极引脚(D):MOSFET 漏极引脚,通过内部高压电流源为内部电路提供启动偏置电流。
控制引脚(C ):误差放大器及反馈电流的输入脚,与内部并联调整器相连接,可控制占空比。
极限电流设定端引脚(X ):用于对外部电流设定调整,在此端接上不同的电阻,可使开关电流设定为不同的数值。
连接至源极引脚(S)则禁用此引脚的所有功能。
电压监测引脚(V ):是过压(OV )、欠压(UV )、降低DC MAX 的线电压前馈、输出过压保护(OVP)、远程开/关和器件重置的输入引脚。
连接至源极(S )引脚则禁用此引脚的所有功能。
源极引脚(S ):源极连接点,用于高压功率的回路。
它也是初级控制电路的公共点及参考点。
频率引脚(F):用于选择开关频率的输入引脚,如果连接到源极(S)引脚则开关频率为132k H z ,连接到控制引脚(C )则开关频率为66kH z 。
2 辅助电源的设计2.1 设计要求超声波发生器对辅助电源的要求是:可靠、稳定、小型、高效率;交流输入电压为85~265VAC ;适应负载在较大范围变化;自保护功能齐全。
设计技术指标如下,输入电压:85~265V AC (50H z);输出电压和电流:3路共地,20V /2A,12V /1A,5V /1A;1路独立地5V /1A;输出电压纹波:[1%;电源效率G :\75%;电压调整率S V :?1%;负载调整率S I :?1%。
2.2 电路设计及工作原理(1)开关电源集成芯片的选取由设计要求,可确定电源工作方式为反激式,可计算出电源输出总功率P 为62W (P =20@2+12@1+5@1@2=62W )。
考虑到设计时需要留有一定裕量,为此可选用TOP260E N 芯片,其最大输出功率为93W (适配器模式)。
以TOP260EN 为核心设计的辅助电源如图2所示。
图2 辅助电源原理图(2)E M I滤波电路与输入整流滤波电路设计电容C1、C6和电感L1、L2组成E M I滤波电路,其中C6能滤除变压器一次、二次绕组耦合电容产生的共模干扰。
桥块BR1和电容C2、C4组成一次整流滤波电路,其中C4为开关电源提供去耦,从而降低差模干扰,C2可确保低纹波直流电流进入反激式转换器级, C2的容量可依照经验来取值,可取容量为120L F、耐压为400V的电解电容。
(3)TOP260EN外围电路的设计为了减小变压器和电源的体积,将引脚(F)与引脚(S)短接,使TOP260EN工作在开关频率为132k H z 的全频方式。
电阻R5、R6和R7用来限制功率,保证在输入电压波动时维持相对恒定的过载功率。
将引脚(V)与直流电压输入端之间接入线电压检测电阻R(R =R3+R4),可为TOP260EN提供线电压前馈信号,一方面保证在直流输入电压下降到100V时,输出没有干扰,实现欠压检测功能;另一方面保证在直流输入电压升至450V以上且电压恢复正常值以前时,使TOP260E N停止工作,防止器件损坏,实现过压检测功能。
线电压检测电阻R可由式(1)和式(2)确定为4M8。
U UV=I UV R(1)U OV=I OV R(2)式中:U U V、U OV、I UV、I OV分别为TOP260EN的欠压、过压、欠压电流、过压电流,其数值分别为100V、450V、25L A、112.5L A。
为了吸收TOP260EN关断时高频变压器一次绕组漏感产生的尖峰电压,以保护MOSFET不受损坏,设计了一个由R8、R9、C5、VR1、D1构成的高效率箝位电路,使漏感中的能量大部分消耗在R8、R9上;同时,通过VR1可将电压箝位在限定范围内,使电源在开启和过载情况下均能满足要求。
VR1选用箝位电压为180V的瞬态电压抑制器,D1选用反向耐压为600V的超快恢复二极管。
(4)变压器设计高频变压器是开关电源的核心元件,在电路中兼有能量转换、电压变换、限流和隔离作用,是整个设计中的难点和关键。
在设计和制作时,对磁芯材料的选择、磁芯与线圈的结构、绕制工艺等都要有周密考虑。
为了合理选择变压器的磁芯,确定初级、次级线圈的线径、匝数及气隙等参数,本设计选用开关电源专用设计软件PI-Expert来计算变压器参数。
磁芯选择:磁芯材料NC-2H,磁芯类型EE35,相关参数B W=15.70mm, M L=0mm,M R=0mm,A E=101.40mm2,ALG=324n H/ T2,B M=219mT,B P=303mT,B AC=56mT;气隙:L G=0.379mm;初级线圈电感量L P=230L H,初级匝数N P 为27.3匝(实际取28匝),初级线径为AWG25 (0.45mm),2股并绕,初级漏感L L为6.3L H;反馈绕组匝数N B为6匝,反馈绕组线径为AWG25(0.45mm),2股并绕;次级20V/2A绕组匝数为3匝,线径为AWG25(0.45mm),2股并绕;次级12V/1A绕组匝数为2匝,线径为AWG25(0.45mm),3股并绕;5V/1A 绕组匝数为2匝,线径为AWG25(0.45mm),4股并绕; 5V/1A绕组匝数为2匝,线径为AWG25(0.45mm)。
软件给出的参数都是经过一定优化得到的,故实际设计中优先选用这些推荐参数,实践证明这样做是合理且高效的。
(5)输出整流滤波电路的设计高频变压器的二次侧输出电压经二极管D2~D5整流后,由电解电容C13~C16滤波,再经电感L3~L6低通滤波后送给电解电容C17~C20,进一步降低直流电压的交流纹波后向负载输出。
设计时,要选用等效串联电阻很小的输出滤波电容,以避免因电容损耗增大而引起的电源可靠性降低。
(6)反馈控制电路的设计电源能否稳定地工作在额定范围内,反馈控制电路的设计是很重要的。