TOPSwitch-FX系列单片机开关电源应用设计

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TOPSwitch-FX系列单片机电源集成电路广泛应用于各种通用及专用开关电源、待机电源、开关电源模块中。

  一、能进行外部限流的12V、30W开关电源

  由TOP234Y构成12V、30W高效开关电源的电路如图1所示。其交流输入电压范围是AC85~265V,满载时电源效率可达80%。交流电压u依次经过电磁干扰(EMI)滤波器(C10,L1)、输入整流滤波器(BR,C1)获得直流高压UI。UI经过R1和R2分压后接M端,能使极限电流随UI升高而降低。R1可提供电压前馈信号,当UI偏高时能自动降低最大占空比,以减小输出纹波。R2为电流极限设定电阻,所设定的Ilimit≈0.7Ilimit=0.7×1.5A=1.05A,略高于低压输入时的峰值电流Ip值。这里将系数取0.7是考虑到TOP234Y在宽范围输入时,最大连续输出功率Pom=45W,而实际输出功率P'om=30M,即P'om/Pom=30/45=0.67≈0.7。采用这种设计方法允许高频变压器选用尺寸较小的磁芯,通过增加初级电感量Lp来降低TOP234Y的功耗,并防止出现磁饱和现象。此外,由于采用了降低Dmax的电压前馈技术即使输入电压UI和初级感应电压UOR较高,开关电源也能正常工作。它允许使用成本的R,C,VD型漏极钳位电路(R3,C7,VD1),以替代价格较高的TVS(瞬态电压抑制器)、VD型钳位电路,用于吸收在TOP234Y关断时由高频变压器漏感产生的尖峰电压,对漏极起到保护作用。

  次级电压经过VD2,C2,C3,L2和C4整流滤波后,获得+12V、2.5A的稳压输出。为减小整流管的损耗,VD2采用MBR1060型10A/60V肖特基二极管。C9和R7并联在VD2两端,能防止VD2在高频开关状态下产生自激振荡(振铃)。当开关电源空载时,TOPSwitch-FX能采用跳过周期的方式进一步降低最大输出占空比,使得Dmax<1.5%,因此,在输出端无须接假负载,这样还可降低空载或待机状态下的功耗。

  该电源采用带稳压管的光耦反馈电路。IC2为LTV817A型线性光耦合器。VDZ采用1N5240C型稳压管,其稳定电压Uz=10(1±0.02)V。光耦中LED的正向压降UF≈1V.输出电压由下式确定:

  Uo=Uz+UF+UR4

  现将其稳压原理分析如下:当由于某种原因致使Uo↑,Uo>U2+UF+UR4时,所产生的误差电压Ur'=Uo-(Uz+UF+UR4)就令LED的IF↑,经过光耦后,接收管的IE↑,使得控制端电流Ic↑,而占空比D↓,导致Uo↓,为而实现了稳压目的。反之,Uo↓→IF↓→IE↓→Ic↓→D↑→Uo↑,同样起到稳压作用。

  1N5240C的稳定电流典型值为20mA,取R4=150Ω时只能供给6.7mA的电流,进一步增加电阻值会受到LED工作电流IF(通常为3.5~7mA)的限制。为此,另由电阻R6提供13.3mA的工作电流,使VDz的稳定电流Iz=3.7mA+13.3mA=20mA,其稳压特性也得到了改善。反馈绕组电压经过VD3和C6整流滤波后,产生12V的反馈电压,经过IC2给TOP234Y的控制端提供偏压。C5是旁路电容,它还与R5构成控制环路的补偿电路。