基于TOP243Y的單片反激開關(guān)電源設(shè)計(jì)

摘要：介紹了一種具有多路輸出的單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法，給出了利用單片開關(guān)電源集成芯片TOP243Y的電源設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)外圍輸入EMI濾波電路、鉗位電路、高頻變壓器、輸出整流濾波電路等部分的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析和說明，并對(duì)設(shè)計(jì)樣機(jī)進(jìn)行組裝和調(diào)試。
關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；TOP243Y；高頻變壓器；鉗位電路；樣機(jī)調(diào)試

基于某課題項(xiàng)目中的嵌入式設(shè)備的電源需求，根據(jù)實(shí)際需要收集設(shè)計(jì)電源的參數(shù)指標(biāo)，分析并設(shè)計(jì)一款基于TOP243Y的單片反激開關(guān)電源設(shè)計(jì)，最終通過樣機(jī)的組裝和調(diào)試對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 電源技術(shù)指標(biāo)的收集
本設(shè)計(jì)是基于一款嵌入式ARM開發(fā)板而設(shè)計(jì)的電源，根據(jù)具體設(shè)備電源的需求，收集以下指標(biāo)：輸入電壓范圍：220±20％；輸出電壓和對(duì)應(yīng)的電流值：5 V／1A，12V／1A，-12V／1A，輸出紋波：1％，工作溫度：-40～85℃，電壓調(diào)整率：±0.1％，負(fù)載調(diào)整率：≤±5％，損耗因數(shù)：0．5。

2 EMI濾波器及輸入整流電路設(shè)計(jì)
在大多數(shù)場(chǎng)合EMI電源濾波器主要抑制共模干擾信號(hào)。本設(shè)計(jì)EMI濾波器中的CX、CIN1和LCM就是用來濾除共模干擾的。共模電感通常取5～33 mH，本設(shè)計(jì)取為6 mH。整流橋選用1N4001(1A／1 000 V)，此管可對(duì)電流電壓留有一定的余量。
CIN1的值可通過式(1)進(jìn)行計(jì)算：

可得：CIN1≈3．16×10-5F，留有一定余量，本設(shè)計(jì)取CIN1為33 μF。CX為X電容，在使用開關(guān)電源的PI電路中，其最佳電容量是0．1～0．33 μF，本設(shè)計(jì)取為0．1 μF。

3 高頻變壓器的設(shè)計(jì)
3．1 變壓器磁芯的選擇
在單片開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，通常選擇錳鋅鐵氧體材料的磁芯，磁芯截有效面積可用下面經(jīng)驗(yàn)公式(2)計(jì)算：

其中Ae是磁芯有效面積，ηr是變壓器的轉(zhuǎn)換效率，通常取0．75～0.95之間數(shù)，本設(shè)計(jì)取0．9。經(jīng)計(jì)算得到Ae≈0．85 cm2，然后查變壓器的磁芯對(duì)照表，最后選擇EE28磁芯。
3．2 計(jì)算脈沖信號(hào)量大占空比OMAX
當(dāng)電網(wǎng)電壓在220±20％范圍內(nèi)變化時(shí)，經(jīng)全波整流后的直流輸入電壓最小為Vin(min)為208.86V。根據(jù)公式(3)可得最大占空比為：

其中VOR為反射電壓，是指當(dāng)功率開關(guān)管關(guān)斷且次級(jí)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，次級(jí)電壓感應(yīng)到初級(jí)端的電壓值。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求計(jì)算時(shí)取VOR=110 V，VDS為主開關(guān)導(dǎo)通對(duì)D、S間壓降，典型值為10 V。經(jīng)計(jì)算得到：DMAX≈0．36。
3．3 計(jì)算初級(jí)峰值電流
平均值電流如式(4)所示：

3. 4 計(jì)算變壓器原邊的電感量

其中Z是損耗分配因子。一般取作0．5。經(jīng)計(jì)算可得：LP≈1 860．29μH