基于TOP204雙路輸出開關電源設計
1引言
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/230888.htm真空鍍膜技術在近10幾年迅猛的發(fā)展中,已經(jīng)涉及到各個行業(yè)。尤其是磁控濺射技術在薄膜制備領域的廣泛應用。磁控濺射電源就是針對磁控濺射環(huán)節(jié)所設計使用的開關電源,其性能直接關系到鍍膜產(chǎn)品的質量,已成為衡量磁控濺射設備狀態(tài)的重要對象。因此,設計性能良好的電源就成為了行業(yè)研究的熱點問題。近幾年來,隨著電力電子功率變換技術的不斷進步和完善,PWM控制的開關電源以其極高的性價比獲得了廣泛的應用。尤其是單片開關電源控制芯片獲得了長足的發(fā)展,TOPSWITCH系列單片電源芯片已將自啟動電路、功率MOSFET,PWM控制電路以及保護電路集成在一起,再通過小型高頻變壓器便可使輸出電壓與電網(wǎng)輸入完全隔離,不僅提高了電源的效率,簡化了外圍電路,而且降低了電源成本和體積,增強了電源的可靠性。
在對產(chǎn)品進行鍍膜的過程中,需要對電壓的穩(wěn)定性進行檢測,而檢測系統(tǒng)需要輸入穩(wěn)定、精確度高的±15V直流電源。由于受到體積限制,這兩路電源變換應盡可能結構簡單、輸入電壓范圍寬、可靠實用,同時滿足較好的隔離性(若采用UC3842芯片,其電源部分不僅成本提高,而且增加了整個控制系統(tǒng)的體積)。
為此,本文根據(jù)單端反激式開關電源原理,選擇了TOP204單片電源控制芯片作為核心器件,提出了一種可實用于代替UC3842芯片的開關電源。該開關電源不僅可以滿足檢測系統(tǒng)所需電壓,而且電路簡單、可靠、穩(wěn)壓性能好,開關電源部分所用器件少,從而使整個檢測系統(tǒng)的體積減小。
2電路設計
圖1為采用TOP204芯片構建的單端反激式隔離開關穩(wěn)壓電源原理圖。輸入為(~220±15%)V交流市電,輸出雙路電壓分別為+15V,-15V直流電,其兩路輸出功率均為7.5W。
由于TOP204的高度集成性,設計工作主要圍繞其外部電路進行,同時結合檢測系統(tǒng)用電特點對其輸出電壓精確度進行分析。根據(jù)TOP204芯片的工作原理,其外圍電路可分為輸入整流濾波電路、漏極保護電路、變壓器、輸出整流濾波電路以及反饋電路五部分,下面將分別進行原理和功能分析。
圖1單端反激式隔離開關穩(wěn)壓電源原理圖
2.1輸入整流濾波電路
220V的交流市電通過保險絲和8w的水泥電阻之后,進入EMI濾波器,它是由C1、Lt和C2組成。其中C1、C2是為了除去差模干擾,其值為0.1μF/630V。Lt為濾波線圈,采取雙線并繞,其值為33mH。整流電路采用反向耐壓大于400V,沖擊電流大于額定整流電流(7~10)倍的整流二極管,且整流二極管的穩(wěn)態(tài)電流容量應為計算值的兩倍。由此選擇4個FR107二極管做整流橋。
電容+C1的值可根據(jù)經(jīng)驗1μF/w來取,考慮到裕量,+C1=68μF/400V。由于220V交流市電在15%之間波動,故VACmax=253V,VACmin=187V。假設整流橋中二極管導通時間為Ton=3ms,由式(1)和式(2)可得輸入直流電壓最小值和最大值為:
式中:η1為系統(tǒng)效率,可選80%;fl為交流電網(wǎng)頻率;Po為電源輸出功率。
2.2漏極嵌位電路
當TOP204中的主功率MOSFET由導通變成截止時,在高頻變壓器T的初級繞組Ll上會產(chǎn)生尖峰電壓和感應電壓,其中尖峰電壓是由于高頻變壓器存在漏感而形成,它與直流高壓和感應電壓疊加后很容易損壞主功率管。為此,必須設計漏極嵌位電路,對尖峰電壓進行嵌位或吸收。
DZ和D5構成的嵌位電路可防止高電壓對TOP204的損壞。其中DZ采用型號為P6KE200,反向擊穿電壓為220V的TVS(瞬態(tài)電壓抑制器),D5采用型號為BYV36C,反向耐壓為700V的超快恢復二極管。
2.3變壓器設計
(1)鐵芯類型
根據(jù)TOP204芯片100kHz的工作頻率選用錳鋅鐵氧體。通常,輸出功率和磁芯截面積由經(jīng)驗公式計算,即
式中:Ae為變壓器磁芯的有效截面積(cm2);Po為電源的輸出功率(w);η2為變壓器的效率,一般取85%。
根據(jù)經(jīng)驗公式的計算,可以選擇EI-22鐵氧體磁芯,其有效截面積大于Ae的計算值。
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