基于TOP244Y的開關電源設計

1、1.開關電源感念1.1開關電源就是用通過電路控制開關管進行高速的道通與截止。將直流電轉化為高頻的交流電提供給變壓器進行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓，轉化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50hz高很多，所以開關變壓可以做的很小，而且工作時不是很熱，成本很低。如果不將50hz變?yōu)楦哳l開關就沒有意義，開關變壓也不神秘，就是一個普通的變壓器。這就是開關電源。*簡單地說，開關電源的工作原理是：*1、交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流；*2、通過高頻pwm（脈沖寬度調制）信號控制開關管，將那個直流加到開關變壓器初級上；*3、開關變壓器次級感應出高頻電壓，經(jīng)整流濾波供給負載；*4、

2、輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路，控制pwm占空比，以達到穩(wěn)定輸出的目的。1.2開關電源自20世紀70年代開始應用以來，涌現(xiàn)出許多功能完備的集成控制電路，使開關電源電路日益簡化，工作頻率不斷提高，效率大大提高，并為電源小型化提供了廣闊的前景。我司采用的top244y是將pwm控制器與功率開關場效應管合二為一封裝在一起，可使用電路大為簡化，體積進一步縮小，成本也明顯降低。top 244y開關電源的基本原理：封裝形式*漏極管腳（d）：高壓功率場效應管漏極輸出。*控制管腳（c）：用于調節(jié)占空比的誤差放大器。*源極管腳（s）：將其連接至輸出場效應管源極可得到高壓功率回饋。*l：為輸入電壓的欠壓與過

3、壓檢測端。*f：開關頻率選擇端，當f端接到源極時，其開關頻率為132khz，而當f端接到控制端時，其開關頻率為66khz。我司頻率為132khz。*x：外部電路流定調整端。在x端與源極之間接入不同的電阻，則開關電流可限定在不同的數(shù)值。若r=12k，則流過開關的電流被設定為額定值的69%；若r1=6k，則為額定值的90%；也就是說，隨著電阻值的增大，開關允許流過的電流隨之減小。*若在l端與輸入電壓正端接入2m的電阻，那么其：欠壓保護值為：vuv=100vdc過壓保護值為：vou=450vdc*產(chǎn)品主要有如下性能特點：輸出功率250w；外圍電路簡單，成本低；在極低壓或沖情況下能充分集成軟啟動；外部

4、可編程精確電流限制的高效率，低成本設計和功率可限電路；線性欠壓保護，無關斷干擾。1.3 top 24x系列開關電源芯片的內部結構*芯片內部工作原理：1、電源啟動時，連接在漏極和源極之間的內部高壓電流向控制極充電，在rs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)生的鋸齒濾電壓相比較，產(chǎn)生脈寬調制信號并驅動mosfet管，因而可通過控制極外接的電容充電過程來實現(xiàn)電路的軟啟動。當控制極電壓uc達到5.8v時，內部高壓電流源關閉，此時由反饋控制電流向uc供電。2、在正常工作階段由外界電路構成電壓負反饋控制環(huán)，調節(jié)輸出級mosfet的占空比以實現(xiàn)穩(wěn)壓。當輸出電壓升高時，uc升高，

5、采樣電阻rs上的誤差電壓亦升高。而在鋸齒波比較后，將使輸出電壓的占空比減小，從而使開關電源的電壓減小。當控制極電壓低于4.8v時，mosfet管關閉，控制電路處于小電流等待狀態(tài)，內部高壓電流源重新接通并向uc充電，其關斷/自動復位滯回比較器可使uc保持在4.85.8v之間。當開關電源的負載很輕時，能自動將開關頻率從132khz降低到30khz（半頻模式下則由66khz降至15khz），可降低開關損耗，進一步提高電源效率。3、由于topswitch集成度高，設計工作主要對外圍電路進行：外圍電路可分為輸入整流濾波電路/鉗位保護電路/變壓器/輸出整流濾波電路及反饋電路5部分。*top 244y開關電

6、源芯片的典型應用：1.4反激式高頻變壓器的設計此開關電源設計的關鍵之一是變壓器的設計。在此電路中，變壓器不是真正意義上的變壓器，而更多的是一個能量存儲裝置。變壓器的能量變化過程為：當top開關管導通時，電容兩端的電壓加到反激變壓器的一次側，流過一次側繞組的電流線性增加。開關管導通的瞬間變壓器二次側電流不為零，然而磁心內的能量不能突變，故一次側電流躍變?yōu)槎蝹入娏鞯?/k（k為變壓器變化），變壓器儲存能量；當top開關管關斷時，電感一次側電流由于沒有回路。此時，穩(wěn)壓管的擊穿電壓因高于一次側的感應電勢而截止而突變?yōu)榱恪Ｗ儔浩魍ㄟ^二次側續(xù)流，二次側電流為top開關管關斷時一側電流的k倍，二次側繞組通

7、過二極管對電容充電，此后，流過變壓器二次儩 電流線性下降。由上述開關過程分析得出：一次側電流和二次側電流不是同時流動的。因此它更多地被認為是一個帶有二次側繞組的電感。2.基于top的電路設計2.1輸入整流濾波電路設計 整流濾波電路包括輸入交流濾波、整流、電容穩(wěn)壓三部分。交流濾波可使用技術成熟的pi濾波電路，具體參數(shù)推薦如下：去除關模干擾的c301和c303為0.1f/400v；去除共模干擾的c302、c304為2200pf/400v；采取雙線并繞，整流電路選擇導通時間盡可能短，滿足電流閾值的整流橋。2.2變壓器設計 *由于該電源的輸出功率較大，因此高頻變壓器的漏感應盡量小，一般應選用能夠滿足1

8、32khz開關頻率的錳鋅鐵氧體，為便于繞制，磁芯形狀可選用ei或ee型，變壓器的初、次級繞組應相間繞制。 *高頻變壓器的設計由于要考慮大量的相互關聯(lián)變量，因此計算較為復雜，為減輕設計者的工作量，美國功率公司為topswitch開關電源的高頻變壓器設計了一套軟件，主要用這套軟件設計變壓器。2.3鉗位保護電路 *每個開關周期內，topswitch的關斷將導致變壓器漏感產(chǎn)生尖峰電壓。d302和d303構成的鉗位電路防止了此電壓對topswitch的損壞，d302和d303的選擇由反射電壓ror決定。vor推薦值135v，d302鉗位電壓vclo可由以驗公式vclo=1.5vor得出，d303的耐壓值

9、應大于vmax并選擇快恢復二極管。本設計中穩(wěn)壓管選用p6ke200，二極管選用byv26c。 *由于p6ke200上并聯(lián)r302和c307，在正常工作時，r302幾乎承擔了所有的泄放能量，而在啟動或超載的情況下，p6e200又限制了尖峰電壓不超過top中mosfet管的安全電壓。2.4反饋電路設計 *反饋回路的形式依據(jù)輸出電壓精度而決定，本方案使用的“光耦+tl430”可以把輸出電壓精度控制在1%。電壓反饋信號經(jīng)分壓網(wǎng)絡（r326，r317）引入tl431的ref端，獲得取樣電壓后，將與tl431中的2.5v基準電壓進行比較并輸出誤差電壓，然后通過光耦改變top244的控制端電流ic，再通過改

10、變占空比來調節(jié)輸出電壓u使其光耦（pc817）工作在線性狀態(tài)，起隔離作用。r303，c308構成的尖峰電壓經(jīng)濾波后可使偏置電壓，即使在負載較重時，也能保持穩(wěn)定。2.5輸出整流濾波電路設計*輸出整流濾波電路由整流二極管和濾波電容構成。輸出整流二極管的開關損耗占系統(tǒng)的五分之一到六分之一，是影響開關電流效率的主要因素，包括：正向導通損耗和反向恢復損耗。由于肖特基二極管導通時正向壓降較低，因此具有更低的正向導通損耗。此外，肖特基二極管反向恢復時間短，在降低反向恢復損耗以及消除輸出電壓中的紋波方面有明顯的性能優(yōu)勢。*輸出整流濾波電路由整流二極管和濾波電容構成。整流二極管選用肖特基二極管可降低損耗并消除輸出電壓的紋波，但肖特基二極管應加上功率較大的散熱器；電