基於TOP204雙路輸出開關電源設計

2020-11-23 電子產品世界

1引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/230888.htm

真空鍍膜技術在近10幾年迅猛的發展中，已經涉及到各個行業。尤其是磁控濺射技術在薄膜製備領域的廣泛應用。磁控濺射電源就是針對磁控濺射環節所設計使用的開關電源，其性能直接關係到鍍膜產品的質量，已成為衡量磁控濺射設備狀態的重要對象。因此，設計性能良好的電源就成為了行業研究的熱點問題。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晶片獲得了長足的發展，TOPSWITCH系列單片電源晶片已將自啟動電路、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。

在對產品進行鍍膜的過程中，需要對電壓的穩定性進行檢測，而檢測系統需要輸入穩定、精確度高的±15V直流電源。由於受到體積限制，這兩路電源變換應儘可能結構簡單、輸入電壓範圍寬、可靠實用，同時滿足較好的隔離性(若採用UC3842晶片，其電源部分不僅成本提高，而且增加了整個控制系統的體積)。

為此，本文根據單端反激式開關電源原理，選擇了TOP204單片電源控制晶片作為核心器件，提出了一種可實用於代替UC3842晶片的開關電源。該開關電源不僅可以滿足檢測系統所需電壓，而且電路簡單、可靠、穩壓性能好，開關電源部分所用器件少，從而使整個檢測系統的體積減小。

2電路設計

圖1為採用TOP204晶片構建的單端反激式隔離開關穩壓電源原理圖。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。

由於TOP204的高度集成性，設計工作主要圍繞其外部電路進行，同時結合檢測系統用電特點對其輸出電壓精確度進行分析。根據TOP204晶片的工作原理，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的水泥電阻之後，進入EMI濾波器，它是由C1、Lt和C2組成。其中C1、C2是為了除去差模幹擾，其值為0.1µF/630V。Lt為濾波線圈，採取雙線並繞，其值為33mH。整流電路採用反向耐壓大於400V，衝擊電流大於額定整流電流（7~10）倍的整流二極體，且整流二極體的穩態電流容量應為計算值的兩倍。由此選擇4個FR107二極體做整流橋。

電容+C1的值可根據經驗1µF/w來取，考慮到裕量，+C1=68µF/400V。由於220V交流市電在15%之間波動，故VACmax=253V，VACmin=187V。假設整流橋中二極體導通時間為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為系統效率，可選80%；fl為交流電網頻率；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上會產生尖峰電壓和感應電壓，其中尖峰電壓是由於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後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採用型號為P6KE200，反向擊穿電壓為220V的TVS（瞬態電壓抑制器)，D5採用型號為BYV36C，反向耐壓為700V的超快恢復二極體。

2.3變壓器設計

（1）鐵芯類型

根據TOP204晶片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%。
根據經驗公式的計算，可以選擇EI-22鐵氧體磁芯，其有效截面積大於Ae的計算值。

（2）計算最大佔空比Dmax

首先必須確定次級反射到初級的電壓Vf，利用式(4)計算

Vf=Vmos×80%-Vdcmax(4)

其中：Vmos為TOP系列的MOS管耐壓為700V。

dc相關文章:dc是什麼

電源濾波器相關文章:電源濾波器原理

技術專區

相關焦點

  • 基於電池供電的雙路隔離反激開關電源設計
    摘要 針對可攜式醫療康復設備領域中電池供電、高隔離度和高電壓輸出的要求，設計了一款新型低輸入電壓供電、雙路高壓輸出隔離的開關電源。該設計採用鋰電池供電，採用基於佔空比50%的電流型脈寬調製控制晶片UC3845的反激拓撲結構和光耦反饋網絡電路，實現雙路隔離正負高壓電源輸出。電源輸入電壓為10～14 V，輸出電壓為雙通道+35/-35 V隔離，功率為14 W，效率是75%，電源模塊面積為65 mm×40 mm。仿真與實際測試結果表明，該電源可實現正負高壓電源隔離輸出。
  • 單路雙路有什麼區別 淺析電源+12V輸出
    這個規範對PC電源的+12V電路提出了240VA的限流要求，也就是把+12V最大輸出電流限定為20A，而這中規範是基於安全的考慮。後來，Intel又提出了ATX 12V 2.0和ATX 12V 2.31等多個規範。Intel在2.0版規範中首次提出了雙路+12V輸出的概念，12V2為CPU單獨供電，12V1則主要為顯卡進行供電。
  • 基於開關電源的多電源並聯控制系統設計
    摘要：本文研製一個基於開關電源的多電源的並聯控制系統設計方案，採用UC3825和UC3907作為系統和均流控制系統的核心晶片，同時採用移相式全橋變換器的拓撲結構作為逆變電路，實驗仿真結果表明它基本達到設計要求，具有輸出電壓可調
  • 基於開關電源的並聯供電系統設計
    開關電源的應用領域日益廣泛。開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，直流開關電源的核心是DC/DC轉換器。開關電源一般由脈衝寬度調製(PWM)控制IC和MOSFET構成。在大功率開關電源中，通常採用多個單元並聯獲取大電流的方法獲取大功率。
  • 開關電源輸出紋波很大是什麼原因及解決方法
    開關電源紋波的產生其中一個主要因素在於MOS管的開通關斷。因此可以在MOSFET部分設計吸收開關尖峰脈衝的電路。開關尖峰吸收電路有多種。通過調節開關管的控制端PWM的頻率也可以實現輸出紋波的控制，雙路並聯的基本思路也是在微調PWM的頻率和佔空比實現的，開關電源採用雙路並聯，雙路同時提供輸出功率，從概念上分為主電源與副電源。主電源有紋波，副電源也有紋波，但是如果使得兩個電源佔空比為50％，而且相位差180°時，在輸出端讓兩者疊加就會使紋波大大減小，提高性能。如圖3，圖4所示。
  • 基於UC1845的多路輸出雙管反激開關電源方案
    在航天應用領域開關電源的多種拓撲中，可用於100V高壓母線輸入多路輸出的開關電源，大多數採用的是兩級式變換器，如Buck+推挽兩級式變換器，先通過Buck電路將母線電壓降壓，這樣母線電壓要經過二次調整，使電壓調整率降低；再從器件數量上來說，兩級拓撲，功率開關管至少需要3個，電源體積大且功率密度低，從整體分析不是很理想；而對於可以承受高壓輸入的雙管正激開關電源來說，電路結構相對簡單，但其不適合用於多路輸出的場合
  • 功率大,多路輸出且相互獨立的開關電源設計
    功率大，多路輸出且相互獨立的開關電源設計 工程師黃明星 發表於 2018-06-21 18:20:00 引言 隨著電力電子技術的發展，電源技術被廣泛應用於各個行業
  • 好不好就看這 解析電源單/雙路+12V輸出
    1解析電源+12V輸出之涵義    常關注DIY領域的消費者們會發現，經常會看到一些使用雙路甚至多路+12V輸出的大功率電源產品，那麼到底設計成這麼多路的+12V輸出到底有什麼用呢？
  • 基於單片機設計的三路分段開關
    這種控制方式有兩個缺陷：一是控制過程中燈泡被不斷的開關，由於燈泡、日光燈、節能燈的使用壽命跟開關次數有很大的關係，這種方式很容易造成損壞;二是使用比較麻煩，假如燈具中有三組燈，必須開關四次才能打開所有的燈。下面介紹一種用單片機設計的三路分段開關，控制面板上使用一隻開關和三隻按鈕，打開開關後只要按動不同的按鈕就能控制不同的燈組，三組燈具獨立控制，具有使用直觀方便的特點。
  • PFC開關電源電路設計分享
    昨天我們為大家分享了一種PFC開關電源的原理和硬體部分的設計思路，這種基於LED路燈的PFC開關電源非常適用於公共場所的路燈照明應用
  • PFC開關電源硬體設計分享
    在今天和明天的文章中，我們將會為各位工程師們分享一種基於LED路燈的PFC開關電源設計方案。本方案採用有源PFC功能電路設計的室外LED路燈電源，其內部特別設置有EMC電路和高效防雷電路，能滿足室外照明和抗雷需要。今天我們將會就這一開關電源方案的硬體設計展開詳細介紹。
  • 教你如何快速的設計大容量開關電源電路及實現
    對於大容量電源系統，往往採用多個同一電壓等級的小容量電源模塊並聯的方法來實現，但如果並聯的電源模塊太多，就不利於均流和可靠性，因此用戶迫切要求大容量電源模塊的出現，基於這種背景作者開發了大容量開關電源。
  • 基於UCC28600的準諧振反激式開關電源的設計方案
    基於UCC28600的準諧振反激式開關電源的設計方案 李惺,靳麗等 發表於 2014-01-08 11:16:32 　　本文提出了一種基於UCC28600控制器的準諧振反激式開關電源的設計方案
  • 一種基於DC-DC 開關電源的溫度檢測電路設計
    趙亞鴿  （電子科技大學物理學院，四川 成都 610054）摘  要：針對DC-DC開關電源的經典拓撲結構，提出了一種新型的溫度檢測電路設計。研究了溫度對整個開 關電源系統的影響，以及在一定溫度變化範圍內，開關電源能否輸出穩定電壓。
  • 一種基於LED路燈的PFC開關電源驅動設計方案
    本方案設計的PFC開關電源性能良好、可靠、經濟實惠且效率高，在LED路燈使用過程中取得滿意的效果。　　1 系統結構框圖　　採用隔離變壓器、PFC控制實現的開關電源，輸出恆壓恆流的電壓，驅動LED路燈。電路的總體框圖如圖1所示。
  • 基於SG3524的開關穩壓電源設計
    隨著電子技術的迅猛發展，開關穩壓電源已作為一種較理想的電源為人們所使用，其運用功率變換器進行電能變換，能夠在滿足各種農業用電的前提下，降低電耗，其高效節能可帶來巨大的農業經濟效益。然而當前的農業用開關穩壓電源，雖然體積小，效率高，但輸出電壓的紋波較大 ，難以保證輸出電壓高穩定性，常常影響農用機械和電氣設備的連續生產，反而增加了耗能。
  • 基於雙同步斬波模式的LED聲控燈驅動電源設計
    摘要 提出了基於雙同步斬波模式的微功耗LED聲控燈驅動電源設計方法。該驅動電源用一個單片機控制兩個開關管分別為主電源和待機電源提供工作電流。主電源採用全波斬波工作模式為LED燈組提供工作電流;待機電源採用半波斬波工作模式，從而大幅降低了待機功耗。
  • 醫用開關電源設計方案
    實驗通過光耦實現輸出和輸入的隔離，不僅提高了電源的效率，簡化了外圍電路，也降低了電源的成本和體積，使電源具有輸出電壓穩定，紋波小等優點。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201808/386620.htm以UC3842晶片為核心，提出了一種醫用開關電源設計方案。
  • +12V輸出模式可切換式設計,酷冷至尊V1000 Platinum電源圖賞
    不過在今年的CES 2019大會上，酷冷至尊不僅發布了V系列電源的升級版V Gold系列，而且還推出了定位更高端的V Platimun系列電源，熱衷於高性能PC電源的玩家再次擁有了新的選擇。酷冷至尊V Platinum系列電源目前有850/1000/1300W三款產品，今天給大家介紹的則是額定功率為1000W的V1000 Platinum電源，其由臺達進行代工，擁有10年質保服務，採用全日系電容與全模組線材設計，通過了80Plus鉑金認證，可通過專門的開關在單路+12V與雙路+12V輸出模式直接進行切換，支持TRM散熱調節模式控制風扇。
  • Buck開關電源設計中,輸出波紋怎麼計算?
    優質的電容在設計及製造時都採取了必要的手段來降低ESL和ESR，故而橫向比較起來，同樣的容量濾波效果卻不同。有關開關電源紋波的計算，原則上比較複雜，要將輸入的矩形波進行傅立葉展開成各次諧波的級數，計算每個諧波的衰減，再求和。