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基于TOPSwitch及PI Expert的单端反激式开关电源设计

发布时间:2016-12-31 12:49:52  来源:大电流电感厂家   查看:

系统电路图如图2所示。

图2中,P6KE200和BYV26C组成关断过压吸收电路,R1为过欠压检测电阻,R2为过流检测电阻,NF为反馈绕组,RF为反一体成型电感器馈电阻。
3.2 反激变压器设计
变压器是开关电源的核心部件,其设计的好坏直接影响开关电源的性能。由于在反激式开关电源中,反激变压器除了实现原副边隔离和电压转换外,还承担储能的作用,所以在常规的变压器设计方法基础之上,反激变压器的设计还要特别关注原边电感量这个重要参数,其直接影响变压器储能的大小。
手工设计反激变压器非常复杂。需要计算原边电感量,根据功率初步选定一个磁芯和骨架,计算原副边匝数,计算线径,计算气隙长度,最后核算窗口面积和最大磁通密度,如超过限定值。则需重新设计。经过反复的计算及修改,直到满足要求为止。
应用PI Expert软件只需经过几步简单的操作,就能得到设计结果,包括所推荐的变压器磁芯型号、原副边匝数、导线线径、原边电感量和T0P-Switch芯片型号等关键参数。最终设计参数如下:
TOPSwitch芯片型号 TOP243Y;
磁芯型号 EI22;
原边电感 600μH;
原边匝数 原边56匝;
副边匝数 3匝(5V),8匝(15V);
反馈绕组匝数 4匝;
线径 35AWG(原边),31-35AWG
(15V),2l-25AWG(5V)。
另外,在此基础上还可以用PI公司提供的PI Transformer Designer软件对变压器参数进行优化。

4 试验结果及分析
根据以上设计,实际构建了一个基于TOP243Y的单端反激式多路输出开关塑封电感电源硬件电路进行试验。
4.1 自动重启试验
为了掌握TOPSwitch芯片的工作特性,在搭建好试验电路后,断开芯片控制端的反馈电路,仅在漏源之间加一个30V左右的低电压对其进行自动重启试验。图3为自动重启过程波形图。通道l为漏极电压波形,通道2为控制端电压波形。从图3中可以看出,控制端电压VC保持在4.8~5.8V之间,这是由芯片内部的高压电流源不断对控制端电容进行充放电形成的。每经过8个这样的充放电周期,芯片将重启一次,这样极大地减少了芯片的功耗。另外,一些电路故障(如输出短路)也会导致TOPSwitch芯片进入自动重启过程。

4.2 负载试验
在AC l00V输入情况下,给所有输出带上额定负载。通过长时间考核实验后,各路电源输出稳定、输出电压值满足设计要求。其中两路的输出电压波形如图4所示。

电感器的作用 轻载时电源工作在断续模式,断续模式时输出电压对负载变化比较敏感;满载时电源工作在连续模式,连续模式时负载波动对输出电压的影响较小。断续和连续时TOPSwitch管漏源电压波形如图5所示。
另外,还选择了其中的5V/lA和15V/100mA两路进行了 200%过载试验。过载这两路输出电压比设计值下降约lV,输出电压纹波明显增大,TOP管发热量增加,变压器发热量增加且有微响,输出滤波电容发烫;额定负载的几路输出电压也下降了约O.5V,其它正常。半小时后,TOPSwitch管过热保护。
4.3 过欠压保护试验
过欠压检测电阻取值为2MΩ,当输入交流整流后的直流电压低于100V时欠压保护动作,高于450V时过压保护动作。无论是过压还是欠压,都将导致TOPSwitch管停止工作,直到过欠压情况消失,系统才能恢复正常工作。
4.4 单点故障试验
为了保证电路的可靠性,对电路中的不同器件和不同关键节点进行了开路、短路试验。针对一路输出的单点测试方案包括以下几项试验:a漏极、控制端开路试验;b控制端外接电容短路、开路试验;c原边绕组短路、开路试验;d副边绕组或输出整流二极管短路、开路试验;e输出滤波电容短路、开路试验。
试验结果如表1所列。其中a至e代表上面提及的试验项目,b(短)表示b项目控制端外接电容短路,b(开)表示b项目控制端外接电容开路,其他依此类推。

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