开关电源电路设计指引

电控设计规范
NCP1001PG 开关电源电路设计指引
（发布日期：2005-10-7）
1范围
本设计指引对美的变频空调室外机电控板应用的NCP1001PG 开关电源的基本原理，硬件电路的参数计算选择，相关技术要求和应用的有关问题进行了阐述。

2引用标准
下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。

本标准出版时，所示版本均为有效。

所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

GB4706.1-2005 家用和类似用途电器的安全第一部分：通用要求
GB4706.32-2004 家用和类似用途电器的安全热泵、空调器和除湿机的特殊要求
QJ/MK02.008-2003 空调器电子控制器
3定义
3.1脉冲宽度调制方式 Pulse Width Modulation
脉冲宽度调制方式，简称脉宽调制（缩写为PWM）方式。

其特点是固定开关频率，通过改变脉冲宽度来调节占空比。

目前，集成开关电源大多采用PWM方式。

4安森美NCP1001PG 开关电源方案简介
4.1安森美主芯片NCP1001P基本简况
主芯片NCP1001P内置集成700V高耐压开关管，采用PWM控制方式，固定100KHZ开关频率,外围器件少，设计简单的单芯片开关电源方案。

整流二极管建议使用超快恢复型MUR220 (2A/200V)、MUR120(1A/200V)，可降低省耗，提高转换效率，减少噪声。

（附表为主要参数）
4.2主要特征
a.宽电源输入电压范围85Vac-265Vac。

b.电源转换效率高，满载时可到达75％。

c.多路电压输出，电压稳定性好。

d.有输出过功率保护max30w和短路保护自恢复功能。

e.有输出过压保护自恢复功能（如反馈回路器件失效）。

f.有内置过热迟滞（30°自恢复保护（IC结温超过140°）
g.低功待机小于0·5w
4.3安森美开关电源方案优、缺点
优点：
a、外围器件少，设计调试简单。

b、该芯片相似TOP 系列，PCB布线不很严格，技术应用成熟。

c、技术支持力量较强，时间及时。

e、主程序芯片任意负载电流情况可进入睡眠状态。

f、其它空调公司有应用（如海信NCP1200）
缺点：
a、过载能力设计保守，为1．25倍。

4.4美的应用的NCP1001PG 开关电源方案技术参数设计
a、输入电压：AC85V－265V
b、输出：(1) DC12V/600mA, (2) DC15V/200mA
c、输出功率：10.2W
d、效率η：72%
e、变压器磁芯型号：TDK EE22（Le=39.6mm,Ae=41mm2）
DC12V/600mA是考虑用在12V继电器等12V的负载以及主芯片电路负载的。

主芯片电路负载一般为5V，所以只要在12V上接上7805稳压管就可以供主芯片电路5V用。

一般情况下，变频室外主控板12V负载不超过200mA ，5V 主芯片电路负载不超过200mA，所以12V此路输出设计为600mA已足够使用。

DC15V/200mA是考虑给变频模块驱动以及直流风机驱动用的。

变频模块和直流风机驱动电流一般很小，所以此路输出设计为200mA已有足够余量。

5脉宽调制式开关电源基本工作原理简介
脉宽调制式开关电源的基本原理如图所示。

交流220V输入电压经过整流滤波后变成直流电压VI ，再由功率开关管VT（或MOSFET）斩波、高频变压T降压，得到高频矩形波电压，最后通过输出整流滤波器VD、C2，获得所需要的输出直流电压VO。

脉宽调制器是这类开关电源的核心，它能产生频率固定而脉冲宽度可调的驱动信号，控制功率开关管的导通状态，来调节输出电压的高低，以达到稳压目的。

锯齿波发生器提供时钟信号。

利用误差放大器和PWM 比较器构成闭环调节系统。

假如由于某种原因致使VO下降，脉宽调制器就改变驱动信号的脉冲宽度，亦即改变占空比D，使斩波后的平均值电压升高，导致VO上升。

反之亦然。

6电路设计
6.1电路的原理
电路原理图如下：
本方案采用安森美开关电源集成芯片NCP1001P，其内置集成700V高耐压开关管，采用PWM控制方式，固定100KHZ 开关频率。

外围电路由整流滤波电路、高频变压器、漏极钳位保护电路、反馈电路、辅助绕组电源电路和输出电路组成。

6.2各组成电路设计及元器件选择
1、整流滤波电路
本方案的整流滤波电路由变频主控板提供。

变频主控板通过25A整流桥堆、3只并联560μF/400V电解电容构成整流滤波器，把输入交流电压变成直流电压VPN，提供给开关电源的P、N极（如上图所示P、N端）。

2、高频变压器
高频变压器在电路中具备能量存储、隔离输出和电压变换这三大功能。

高频变压器初级绕组（3、5脚）与次级绕组（6、7脚和9、10脚）、辅助绕组（1、2脚）的极性相反。

当开关管导通时，电能就以磁场能量形式储存在初级绕组中，此时二极管D5、D6、D8截止；当开关管截止时，二极管D5、D6、D8导通，能量传输给次级，此即反激式开关电源特点。

3、漏极钳位保护电路
漏极钳位保护电路由R46、C31、D1组成，D1选用反向耐压为600V的超快恢复二极管BYV26C。

当开关管导通时，
初级绕组电压上端为正，下端为负，使D1截止，钳位电路不起作用。

在开关管截止瞬间，初级绕组电压上端为负，下端为正，此时D1导通，尖峰电压就被R46、C31吸收掉。

4、反馈电路
反馈电路由TL431可调式精密并联稳压器、光耦TLP521、采样分压电阻构成。

当＋12V电压升高时，经取样分压电阻R41、R42分压后得出取样电压，就与TL431中的2.5V基准电压比较，经TL431的K极电压降低，光耦LED的电流IF增大，在通过光耦IC1使集成开关芯片NCP1001的控制端电流IC增大，NCP1001的输出占空比减小，使输出电压＋12V维持不变，以达到稳定目的。

R39为LED的限流电阻。

C30可适当降低由TL431构成的外部误差放大器的高频增益。

取样分压电阻R41、R42的计算：
先设取样电流：Is约为1mA 则
TL431下端分压电阻：Rb=2.5V/1mA=2.5 Kohm, 取Rb=2.2 Kohm
若电压反馈从12V输出端取样，则
TL431上端分压电阻：Ru=2.2*(12-2.5)/2.5=8.36（Kohm）
可根据实际情况对电阻值进行微调。

C9为瓷片电容102，作用为滤除开关集成芯片反馈输入端FB的高频杂波。

5、辅助绕组电源电路
辅助绕组电源电路为开关电源集成芯片NCP1001提供电源。

根据芯片资料，启动电压要大于8.9V。

所以此开关变压器设计辅助绕组输出电压为12V。

D8、C11构成整流滤波器。

R38为限流电阻。

C13为开关集成芯片NCP1001供电电源的滤波电容。

6、输出电路
输出电路为两路输出。

一路为＋12V/600mA ，另一路为＋15V/200mA。

＋12V输出电路：由D5、C33构成整流滤波器。

其中D5为快速恢复二级管HER107，该二极管反向峰值耐压800V，反向回复时间70ns，正向平均电流1A。

C33为CD288 470μF/25V高频低阻抗电解电容。

C22为瓷片电容104，滤除高频噪声。

C26、R44为阻容吸收电路，吸收二级管关断时的反向高频噪声。

＋15V输出电路：同上所述，由D6、C32构成整流滤波器。

其中D5为开速恢复二级管HER107， C32为CD288 470μF/25V高频低阻抗电解电容。

C27为瓷片电容104，滤除高频噪声。

ZD1为24V稳压管，起稳压，钳位作用，把最高电压钳位在24V以内。

R36为＋15V输出电压负载，如果＋15V外面不接负载，也不会让＋15V电压波动太大。

C29为Y2电容471/275V，桥接在信号地与高压地之间，目的是用来改善由于开关噪声产生的电磁干扰。

7电路设计有关注意事项
1）确定次级整流二极管最小反向耐压值：
Vrrmmin=Vindcmax/n+Vout (n为初级与次级匝比，Vindcmax最大输入直流电压，Vout为输出直流电压)，用次级整流二极管反向耐压值必须大于计算结果。

如想选用反向耐压小一点的二极管，可通过选用较大BVdss的MOSFET ，设定较大的Voref（反射电压）值，以增大变压器匝比N，降低Vrrmmin值即可。

2）反馈电路取样分压电阻通过上述计算后，一般还要通过试验，根据实际情况对电阻值进行微调。

3）漏极钳位保护电路
漏极钳位保护电路还有其他设计方案，例如利用瞬态电压抑制器（TVS）和超快恢复二级管（SRD）组成TVS、SRD 型钳位电路，该方案具有能充分发挥TVS响应速度极快、可承受瞬态高能量脉冲等优点。

可根据实际需要选取漏极钳位保护电路。

4）输出电路电解电容的选取：
此开关电源方案的设计是按照输出：(1) DC12V/600mA, (2) DC15V/200mA，输出功率为10.2W设计的。

但在应用时，由于实际负载功率比10.5W小很多，所以输出电路的电解电容的选取了470μF/25V电解电容。

如果在其他应用时功率较高，此电解电容的容值应加大。

整流二极管没有选用安森美建议使用的超快恢复型MUR220 (2A/200V)、MUR120(1A/200V)，是因为美的现有物料快速恢复二级管HER107已足够满足要求。

该二极管反向峰值耐压800V，反向回复时间70ns，正向平均电流1A。

由于在应用时，DC12V实际负载估计不足200mA，所以选用正向平均电流为1A的HER107已足够。

如果在其他应用时会用到满载工作，建议要选用正向平均电流为2A的快速恢复二级管，已保证有足够余量。

5）附件1为开关变压器技术规格。