一種基于TOP227Y的脈沖開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

脈沖電源是各種電源設(shè)備中比較特殊的一種，它的電壓或電流波形為脈沖狀。其實(shí)質(zhì)上是一種通斷的直流電源，其基本工作原理是首先經(jīng)過(guò)慢儲(chǔ)能，使初級(jí)能源具有足夠的能量，然后向中間儲(chǔ)能和脈沖成形系統(tǒng)放電(或流入能量)，能量經(jīng)過(guò)儲(chǔ)存、壓縮形成脈沖或轉(zhuǎn)化等復(fù)雜過(guò)程之后，形成脈沖電源。

隨著開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展，電源的小型化、模塊化、智能化越來(lái)越受到人們的關(guān)注。各種電源控制芯片如雨后春筍紛紛涌現(xiàn)，美國(guó)電源集成(PI)公司相繼推出TOP系列芯片，這些芯片集脈沖信號(hào)控制電路和功率開(kāi)關(guān)器件MOSEFT于一體，具有高集成度、最簡(jiǎn)外圍電路、最佳性能指標(biāo)等特點(diǎn)，能組成高效率無(wú)工頻變壓器的隔離式開(kāi)關(guān)電源。所以，本文設(shè)計(jì)基于TOP227Y芯片控制的開(kāi)關(guān)電源。

1 總體結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的脈沖開(kāi)關(guān)電源總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知，輸入220 V交流電流，先由4個(gè)二極管的全橋整流，然后通過(guò)TOP227Y開(kāi)關(guān)和高頻變壓器變壓，再經(jīng)過(guò)二次整流、電容濾波和電感平波，輸出150 W的直流電。高頻變壓器二次側(cè)有3個(gè)繞組，2路輸出功率，另一路為反饋回路提供電源。反饋回路從輸出端進(jìn)行電壓取樣，通過(guò)光耦來(lái)控制脈沖控制開(kāi)關(guān)的通斷，調(diào)節(jié)輸出功率。

2 高頻變壓器主要參數(shù)設(shè)計(jì)

高頻變壓器在開(kāi)關(guān)電源中起很重要的作用，它主要是傳輸功率，實(shí)現(xiàn)輸入輸出兩側(cè)的電氣隔離。同時(shí)，可通過(guò)改變初次級(jí)的匝數(shù)比來(lái)改變輸出電壓，也可增加匝數(shù)不同的次級(jí)，以達(dá)到獲得多輸出的目的。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇某廠的功率鐵氧體LP3作為高頻變壓器的磁芯。采用面積乘積(AP)法設(shè)計(jì)變壓器：

式(1)中，Ps為視在功率，取370 W；Bm為工作通磁通密度，取125 mT；fs為工作頻率，取45 kHz；Kf為波形系數(shù)，方波取4；Kw為變壓器銅窗占用系數(shù)，取0.2；J為電流密度，取400 A／cm2，故AP=4.1 cm4，據(jù)此選用磁芯結(jié)構(gòu)為EE42A。

計(jì)算初次級(jí)匝比：

式中，Vin(min)為初級(jí)最小輸入電壓；Dmax為最大占空比，取45％；Vo為輸出電壓；Vf為輸出端整流二極管壓降，計(jì)算得n=3，驗(yàn)證最大占空比為40.65％。