光伏逆变器中反激式辅助开关电源的设计

光伏逆变器中反激式辅助开关电源的设计
摘要：光伏逆变器系统需要稳定、高效的辅助电源，因此对该电源的设计方法、工作原理加以分析显十分重要。

在对其进行系统化分析的基础上，使用TOP258
智能开关电源芯片，设计出多路隔离的反激式辅助开关电源，用作为光伏逆变器
的辅助电源。

其具有的体积小、效率高等优点，可以很好的满足光伏逆变器的使
用需求。

关键词：反激式变换器；多路隔离；辅助开关电源；光伏逆变器
科学技术的飞速发展，为人类社会的物质生活水平的提升奠定了良好的基础，随之产生的问题也逐渐呈现出来，对于能源的短缺以及环境污染问题被世界国家
更加重视，如今，清洁以及安全的光伏发电技术已作为重要研究课题。

在光伏发电系统中，光伏逆变器是其重要构成部分，其自身的安全、高效运
行成为了重要基础。

因为逆变器本身系统的特殊性，致使其控制系统以及通信系
统等要求使用±15V及5V等多路隔离电源，所以设计一个结构简单、安全可靠、
性能优越的辅助电源对光伏逆变器的运行有着至关重要的影响，确保运行的安全
性和效率成为了人们考虑的首要因素。

与此同时，在一般情况下，控制电路与功
率MOSFET分开结构的反激式开关电源系统，具有运行成本高、开发周期长的特点，其结构的复杂性同时也增加了使用难度，降低了使用效率。

PowerIntegrations公司推出的第五代开关电源芯片TOP258，具有诸多优点，它将
结合自启动电路、维系电路、PWM控制电路以及功率MOSFET等在一块，让得
系统更加简单，运行成本降低，运行高效稳定。

故本设计将TOP258作为开关电
源控制器，在此基础上开展设计和研究。

1 对TOP258开关电源控制器概述
所谓TOP258，其为一款集成式开关电源芯片，可以把控制引脚输入电流转化
成高压功率MOSFET开关输出的占空比。

按照器件的固有特性，MOSFET开关输
出电压的占空比随着控制脚输入电流的增加而降低。

对于TOP258芯片来讲，其优点较多，不但拥有高压启动、自动重启、周期
电流限制以及热关断等特点，还具备其他设计灵巧、减少运行成本以及增加电源
性能等优点[1]。

而且，TOPSwitch的一些型号使用高压CMOS 技术，可以很好地
把MOSFET及低压控制电路集合到一片集成电路中，可以到达很高的性价比，因
此对于小功率的开关电源很适合，其特点主要为：
a.能够在17 ms内完成软启动，使用扫描，能够很好限制启动时峰值电流以
及电压；
b.输出电压的最大占空比最大可达到78%，设计选型时可以选用更小的电容；
c.系统可以多种模式稳定工作，还实现了整个负载范围内的电源效率优化。

2 电路设计
构建的反激式开关电源主要采用TOP258单片开关电源控制芯片，其系统原
理如图1所示。

能够接受直流输入范围：170～400 V，输出包括六路：±15V
（200mA），+15V1（300 mA），+15V2（150 mA），+15V3（150mA）以及5V （3000mA）。

设计的高频变压器额定输出功率：30W。

参照电源功率选择开关电
源控制器：TOP258。

2.1 初级钳位保护电路
对于反激式辅助开关电源系统设计时，MOSFET开关管关断一瞬间，高频变
压器的漏感产生尖峰电压（VL），同时，高频变压器的二次侧绕组输出电压经过
变压器器耦合到原边，此时变压器的原边输入直流电压、原边漏感产生的电压尖峰以及副边反射到原边的电压全部叠加MOSFET漏源极，很易损坏MOSFET，所以要在设计中增加保护电路，削减和吸收有害的尖峰电压。

本设计选取了快速恢复二极管、阻容式吸收元件以及TVS管，这样组成了限幅吸收电路（R、C、TVS、VD型），保证了电源系统能可以很好发挥出TVS快速响应优势特点，而且能够承受瞬态高能量脉冲，同时限幅电路还兼具RC吸收回路的能力。

2.2 对回路设计进行反馈
进行设计时，选取TL431以及光耦构成反馈电路，对于5V电压反馈信号，其通过R6以及R8进行分压，然后进到TL431的Ref管脚端，进而转成电流反馈信号，最后通过光耦隔离，再送入TOP234Y的控制端。

对于光耦电流传输比允许50%～200%的范围。

2.4 变压器设计
2.4.1 对于磁心的选择
选用高频变压器应用于设计时，对于其工作过程，反激式的开关电源作用可以储存能量以及隔离危险，所以能够合理设计高频变压器已作为了开关电源系统设计的重要部分。

SJ：高频变压器磁芯的截面积以及 Pmax：可承受最大功率，二者相应关系如下式：
4 结语
此次设计过程中，通过分析光伏逆变器反激式开关电源系统的系统结构和工作原理，设计并成功制作了一台基于TOP258 智能芯片的反激式开关电源系统，在试验过程中，该电源系统被成功运用于光伏逆变器的辅助开关电源，通过试验数据以及记过能够很好地看出，在核心控制器设计时把TOP258芯片当作光伏逆变器辅助开关电源系统，具有良好的稳定性，输出电源电能质量高，完全可以满足光伏逆变器系统稳定工作的要求。

参考文献：
[1]蒋晓明，曾德志，黄丹，等.基于NCP1351B的光伏并网逆变器辅助电源的设计[J].电源技术，2016，40（1）：141-143.
[2]宋明明，汪海宁.光伏微型逆变器中磁集成开关电源设计[J].电器与能效管理技术，2014.2（18）：37-41.。