单端反激式双输出开关电源设计

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4 114002;
( 1. 鞍山供电公司 高新技术开发区供电分公司 , 辽宁 鞍山 3. 鞍山供电公司 设计院 , 辽宁 鞍山
114051; 2. 鞍山供电公司 电能计量所 , 辽宁 鞍山
114002; 4. 辽宁科技大学 电子与信息工程学院 , 辽宁 鞍山 114051)
要: 介绍了一种基于 T OP246 的单端反激式双输出开关电源设计, 结合自制的脉冲 变压器, 用于交流 85
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脉冲变压器箝位吸收保护电路
如图 5 中虚线框所示 , 采用 Z+ RCD 带浪涌保护的漏感尖峰吸收电路, 将 MOS 管的电压箝位在 175 V 以内, 防止电压过高击穿 MOS 管。 1 5 输出滤波电路 为了确保系统输出电压纹波较小, 设计采取了相应滤波去噪技术。采用 LC 构成低通滤波器滤除 一定的高频干扰 , 滤波电容可按 1 000 F A 经验值选择容量。同时 , 输出采用效抑制共模和差模干扰 的电感还可以避免系统对其他电路和电气设备的干扰。实验调试后的 EM I 良好。脉冲变压器初级箝 位与输出滤波电路, 如图 5 所示。
第2期
王琳 , 等: 单端反激式双输出开关电源设计
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图 5 脉冲变压器初级箝位与 输出滤波电路 Fig. 5 Primary clamping and output filter cir cuit of pulse transformer
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磁路设计
磁路部分包括高频脉冲变压器和各滤波电感等。其中 , 脉冲变压器是现代开关电源的核心元件, 实
收稿日期 : 2009 12 20。 作者简介 : 王琳 ( 1978- ) , 男 , 辽宁鞍山人 , 工程师 , 主要从事电网调度及电源优化的研究工作。
图 1 反激式变换 器拓扑结构 Fig . 1 T opological str ucture of fly back conver ter
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Design of switch power supply of single feedback with double outputs
WA N G L in , DIA O Y an da , LI Rong zhen , M EN G Yan p ing , ZH U L ian cheng
( 1. Department of High and New Technology Indust rial D evelopment Zone, Anshan Pow er Supply Company, Anshan 114051, China; 2. Elect ric Energy M easurem ent St at ion, A nshan Pow er Supply Company, Anshan 114002, China; 3. Design Instit ut e, Anshan Pow er Supply Com pany, A nshan 114002, China; 4. S chool of Electronic and Inf ormation Engineering, U niversit y of Science and T echnology Liaoning, Anshan 114051, China)
[ 2]
。如图 3 所示, 增加 C 23 与 R 9 后 , 提高了系统的
相角裕度和幅值裕度。改 进后系统的幅频特性和相频特性如图 4 所示。系统的 穿越频率约为 2 58
图4 Fig . 4
改进后的幅频和相频特性
Improved amplitude fr equency and phase frequency characteristic
为整流桥 ; C 1 为变压器直流电压输入的高频低阻电容。
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实验结果
系统满载连续工作 8 h 后, 功率芯片温度为 51 # , 符合温升要求。部分电压波形 , 如图 7 所示。图 7 中 , 脉冲变压器二次侧输出的 24 V 电压波形, 最大值为 28 V, 最小值为 - 60 V; 经过输出整流二极管 及其阻容吸收后的波形, 最大值 25 2 V, 最小值 22 6 V, 阻容电路吸收效果较好; 经过输出低通滤波电 路后的波形, 最大值为 24 0 V, 最小值为 23 4 V, 平均值为 23 7 V, 精度为 ∃ 1 25% ; 系统输出的 12 V 电压波形 , 最大值为 11 9 V, 最小值 11 9 V 。
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第 33 卷
路, 可以实现过压、 欠压、 过流、 过热等保护功能。实际使用的 T OP 管电路连接, 如图 2 所示。 图 2 中 , C 21 与 R 6 、 C 22 组成低通滤波和稳压电路 , 可以有效滤除 T OP246 管脚 1 受到的干扰信号。 R 1 接于交流电压整流后输出的直流电压, 作为系统电压检测, 当系统出现过电压或欠电压时 , T OP246 管将自动封锁脉冲输出, 禁止脉冲变压器工作。U 1 1 引脚用来作为变压器的偏置绕组输入端, 与内部集 成的 MOS 管管脚 6 配合, 反向控制 PWM 输出占空比, 即管脚 1 流入的电流越大, 管脚 6 输出的 PWM 占空比越小; 反之, 则越大。U 1 6 接变压器的初级绕组同名端。
图 6 中 , AC L 和 AC N 为输入的交流电压 , 范围为 85~ 265 V; P E 接电源外壳, 作为保护接地线; R T 为负温度系数热敏电阻, R V 为压敏电阻; C X1 、 C X2 为 X 系列安规电容; C Y 为 Y 系列的安规电容 ; BR
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ห้องสมุดไป่ตู้
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图 7 部分实验结果 波形 F ig. 7 W av eforms of some experiment results
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结 语
介绍的基于 T OP 管的宽范围交流电压输入、 高精度直流电压输出的单端反激式隔离变换器双输出 开关电源方案, 通过满载和交流 1 5 kV 耐压试验 , 结果证实 , 设计符合要求 , 电气性能可靠, 可以为同类 电路设计提供一定的参考和借鉴。 参 考 文 献:
开关电源是现代化机电产品中常用的供电装置, 可以不受各个国家交流电网的限制 , 广泛应用在相 关的设备中 , 其效能高低直接关系到机电设备的性能。开关电源设计主要包含电路设计和磁路设计。 本文针对反激式隔离变换器 , 给出基于 T OP 管的开关电源设计方案, 并具体设计出一个可用于交流 85~ 265 V 宽电压输入和直流 24 V 2 A 、 直流 12 V 1 A 双输出的单端反激式开关电源。设计采用相位 补偿技术 , 提高系统稳定性, 增加抗干扰能力。通过实验验证了设计的正确性和可行性。
图 2 T OP246 管脚电路连接 Fig. 2 T O P246 pins connection
图 3 改进型输出反馈电路 F ig. 3 I mproved output feedback circuit
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反馈回路
采用具有精密电压基准的三端可编程并联稳压二极管 T L 431A 和线性光耦 PC817B 构成系统的反 馈控制回路 , 利用偏置绕组, 控制 T OP 管的占空比 , 实现反激式变换器输出电压的精准控制。 T L 431A 检测输出的电压( + 24 V) 越大 , 经过线性光耦 PC817B 变换, 流入 T OP 管脚 1 的电流越大 , T OP 管控制 内部 MOS 管导通和关断的占空比与输入 1 脚的电流成反比 , 使输出电压降低 , 维持了输出电压的稳 定; 反之亦然。 为了提升系统的稳定性, 设计采用相位补偿技术 kHz, 相角余量约为 48 3 ∀, 系统稳定。
际应用中主要起到能量传递、 电压变换和电气隔离的作用。脉冲变压器的性能好坏 , 不仅影响变压器自 身的发热和效率 , 而且还会影响到开关电源的技术性能指标及其可靠性。在脉冲变压器的设计和制作 过程中, 磁芯材料、 磁芯和线圈结构、 绕制工艺等必须全面考虑 。 2 1 脉冲变压器参数 根据面积乘积法 , 按最大值选择 , 设计中脉冲变压器采用 EFD30 扁平型磁芯骨架。为提高绕组的 [ 4] 利用率, 采用多根漆包线并绕技术 , 既可以提高绕组载流量 , 也能有效减少集肤效应影响 。脉冲变压 器原绕组采用直径为 0 35 mm 的 2 股漆包线并绕匝数 14 圈 ; 输出为直流 24 V 的次级绕组采用直径为 0 45 mm 的 4 股漆包线并绕匝数 3 圈 ; 输出直流 12 V 的副绕组直径为 0 35 mm 的 3 股漆包线并绕匝 数 3 圈, 偏置绕组为直径 0 35 mm 的单股漆包线绕 4 圈。 经过验证, 变压器参数满足要求, 设计合理。 2 2 系统输入的 EM I 滤波电感和整流电路
[ 1] 张志薇 . 具有高功率因数的多路输出反激变换器的研究 [ D] . 哈尔滨工 业大学 , 2006. [ 2] 王闯瑞 , 胡荣强 , 黄庆义 , 等 . 反激型开关电源反馈回路的改进 [ J] . 通信电源技术 , 2005( 4) : 42 44. [ 3] 曹丰文 , 李冬黎 , 刘振来 . 小功率反激式开关变压器的设计与制作 [ J] . 电工技术杂志 , 2002( 5) : 54 56. [ 4] COBOS J A , , GARCIA O, SEBAST IO N J, et al. Reso nant reset forw ard topolog ies for low out put voltage on board convert ers[ C] . A pplied Power Electronics Confer ence and Ex position, A PEC% 94 Conference Pr oceedings 1994. Nint hA nnual, 1994: 703 708. [ 5] 冯慈璋 , 马西奎 . 工程电磁场导论 [ M ] . 北京 : 高等教育出版社 , 2003: 92 126.
第 33 卷 第 2 期 2010 年 4 月
辽宁科技大学学报 Journal of Universit y of Science and T echnology Liaoning
Vol. 33 No. 2 A pr. , 2010
单端反激式双输出开关电源设计
王
摘
琳 , 刁嫣妲 , 李荣震 , 孟艳萍 , 朱连成
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系统输入 EMI 滤波电感采用 UF 10. 5 骨架, 设计电感量为 6 1 mH 整流电路 , 如图 6 所示。
。系统交流电源输入与滤波、
图6
系统交流电源输入和整流电路
F ig. 6 Alternating current input of system and rectifier circuit
~ 265 V 的宽电压输入 , 实现直流 24 V 2 A 高精度 、 直流 12 V 1 A 双输出 。 实验证明 , 设计在 实际电路 中表 现出良好的电气特性 , 可以为相关设计提供较好 的参考和借鉴 。
关键词: 开关电源; 反激式变换器; 反馈回路; 脉冲变压器; 宽电压 中图分类号 : T M 44 文献标识码: A 文章编号: 1674 1048( 2010) 02 0141 04
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电路设计
基本原理 反激式隔离变换器是中小功率开关电源最为常用的变换器之一, 其典型拓扑结构如图 1 所示。其
中, + V in 为整流后的输入电压; T 为脉冲变 压器 , 设计中还应有回路控制的偏置绕组 ; D 1 为输出 回路的快恢复肖 特基整流二 极管; R 1 和 C 1 为其阻容吸收电路; 输出电路还包括由 电感 L 0 和两个电容 C 0 组成的一个 型低通 滤波电路; 变压器初级有 R r 、 C r 和 D r 组成的 RCD 漏感尖峰吸收电 路; Q 为控 制脉冲变压 器一次绕组导通和截止的反激式变换器所需 的开关功率 M OS 管; N P 为初级绕组匝数 , N S 为次级绕组匝数; 设计中变压器一次侧与二次 侧的地信号采用安规电容隔离 ; ! 表示同名端。 在反激式变换器中, 功率开关管将输入的直流电压转变成一些列的方波信号施加于脉冲变压器初 级绕组上 , 通过脉冲变压器的电磁能量转换与传递 , 经过整流二极管、 滤波电路处理后 , 给负载 R L 提供 所需要的优质电压和功率。 1 2 T OP 管辅助电路 采用内部集成功率 MOS 管的 T OP246 作为开关控制器件, 额定负载功率为 90 W, 再加以外围电