摘 要：本文介紹了一種多路開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源及top247y的工作原理，重點(diǎn)討論了開(kāi)關(guān)電源和高頻變壓器的設(shè)計(jì)。

    關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源；電磁干擾

    概述

    在三相逆變器用開(kāi)關(guān)電源中，電源的工作方式有兩種，一種是應(yīng)用工頻變壓器供電，另一種是應(yīng)用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源供電。隨著微電子和電力電子技術(shù)的發(fā)展，它們都毫無(wú)例外地使用開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源具有重量輕、體積小、效率高、穩(wěn)壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，正朝著短、小、輕、薄、單片集成化、智能化的方向發(fā)展。美國(guó)powerintegrations公司在2001年初開(kāi)發(fā)的單片開(kāi)關(guān)電源集成芯片top247y屬于該公司第四代單片開(kāi)關(guān)電源集成電路topswitch－gx系列。該系列產(chǎn)品除具備topswitch－fx系列的全部?jī)?yōu)點(diǎn)之外，還將最大輸出功率從75w擴(kuò)展到250w，適合構(gòu)成大、***率的高效率、隔離式開(kāi)關(guān)電源。它的開(kāi)關(guān)頻率高達(dá)132khz，這有助于減小高頻變壓器及整個(gè)開(kāi)關(guān)電源的體積。本文介紹了一種基于top247y的多路開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、制作調(diào)試方便，基本上能達(dá)到所要求的條件。

    topswitch－gx系列芯片工作原理

     圖1給出了top247y芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，共有6個(gè)引出端，它們分別是控制端c、線(xiàn)路檢測(cè)端l、極限電流設(shè)定端x、源極s、開(kāi)關(guān)頻率選擇端f和漏極d。利用線(xiàn)路檢測(cè)端(l)可實(shí)現(xiàn)4種功能：過(guò)壓(ov)保護(hù)；欠壓(uv)保護(hù)；電壓前饋(當(dāng)電網(wǎng)電壓過(guò)低時(shí)用來(lái)降低最大占空比)；遠(yuǎn)程通／斷(on／off)和同步。而利用極限電流設(shè)定端，可從外部設(shè)定芯片的極限電流。在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)都要檢測(cè)功率mosfet漏源極導(dǎo)通電阻ros(on)上的漏極峰值電流id(pk)，當(dāng)id(pk)>ilimit時(shí)，過(guò)電流比較器就輸出高電平，依次經(jīng)過(guò)觸發(fā)器、主控門(mén)和驅(qū)動(dòng)級(jí)，將mosfet關(guān)斷，起到過(guò)電流保護(hù)作用。

    電源啟動(dòng)時(shí)，連接在漏極和源極之間的內(nèi)部高壓電流源向控制極充電，在re兩端產(chǎn)生壓降，經(jīng)rc濾波后，輸入到pwm比較器的同相端，與振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波電壓相比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)并驅(qū)動(dòng)mosfet管，因而可通過(guò)控制極外接的電容充電過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的軟啟動(dòng)。當(dāng)控制極電壓uc達(dá)到5.8v時(shí)，內(nèi)部高壓電流源關(guān)閉，此時(shí)由反饋控制電流向uc供電。在正常工作階段，由外界電路構(gòu)成電壓負(fù)反饋控制環(huán)，調(diào)節(jié)輸出級(jí)mosfet的占空比以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，uc升高，采樣電阻re上的誤差電壓亦升高。而在與鋸齒波比較后，將使輸出電壓的占空比減小，從而使開(kāi)關(guān)電源的電壓減小。當(dāng)控制極電壓低于4.8v時(shí)，mosfet管關(guān)閉，控制電路處于小電流等待狀態(tài)，內(nèi)部高壓電流源重新接通并向uc充電，其關(guān)斷/自動(dòng)復(fù)位滯回比較器可使uc保持在4.8～5.8v之間。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載很輕時(shí)，能自動(dòng)將開(kāi)關(guān)頻率從132khz降低到30khz(半頻模式下則由66khz降至15khz)，可降低開(kāi)關(guān)損耗，進(jìn)一步提高電源效率。

    多路輸出的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

    由top247y構(gòu)成的多路開(kāi)關(guān)電源原理圖見(jiàn)圖2，其中輸出三路200ma、15v的直流電，一路400ma、15v的直流電，以及1a、5v的直流電。多路電源用高頻變壓器獲得多組電壓輸出，經(jīng)快速恢復(fù)二極管、電容濾波后得到多路直流電源。

    當(dāng)電源輸入交流85～265v時(shí)，交流電壓u依次經(jīng)過(guò)電磁干擾(emi)濾波器(c1，l1)、輸入整流濾波器(kbl406g，c2)獲得直流高壓ui。ui經(jīng)過(guò)r1接l端，能使極限電流隨ui升高而降低。它使用c3，vd型漏極鉗位二極管p6ke200a和阻斷二極管d1，以替代價(jià)格較高的tvs(瞬態(tài)電壓抑制器)，用于吸收在top247y關(guān)斷時(shí)由高頻變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰電壓，對(duì)漏極起到保護(hù)作用。次級(jí)電壓經(jīng)過(guò)整流、濾波后獲得多路輸出。其中15v電源輸出所用的是快速恢復(fù)二極管，其他輸出用的二極管是肖特基二極管，其目的是減少整流管的損耗。

    該電源采用3枚芯片，包括top247y(u1)、光耦合器ltv817a，以及可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓管lm431。為減小高頻變壓器體積和增強(qiáng)磁場(chǎng)耦合程度，次級(jí)繞組采用了堆疊式繞法。其穩(wěn)壓原理為，u=ur4+uz+ulm431。當(dāng)u發(fā)生變化時(shí)，如u增加時(shí)，流過(guò)光耦的電流增大，光耦輸出的電流隨著增大，流經(jīng)top247y控制端的電流增加，而占空比則減小，從而u下降，這樣達(dá)到穩(wěn)壓的目的，反之u減小時(shí)也有相同的原理。

    可調(diào)精密穩(wěn)壓管lm431的內(nèi)部參考電壓為2.495v，輸出