基于TOP243Y的單片反激開關電源設計

摘要：介紹了一種具有多路輸出的單端反激式開關電源的設計方法，給出了利用單片開關電源集成芯片TOP243Y的電源設計實例，對外圍輸入EMI濾波電路、鉗位電路、高頻變壓器、輸出整流濾波電路等部分的設計過程進行了詳細的分析和說明，并對設計樣機進行組裝和調(diào)試。
關鍵詞：開關電源；TOP243Y；高頻變壓器；鉗位電路；樣機調(diào)試

基于某課題項目中的嵌入式設備的電源需求，根據(jù)實際需要收集設計電源的參數(shù)指標，分析并設計一款基于TOP243Y的單片反激開關電源設計，最終通過樣機的組裝和調(diào)試對設計結果進行驗證。

1 電源技術指標的收集
本設計是基于一款嵌入式ARM開發(fā)板而設計的電源，根據(jù)具體設備電源的需求，收集以下指標：輸入電壓范圍：220±20％；輸出電壓和對應的電流值：5 V／1A，12V／1A，-12V／1A，輸出紋波：1％，工作溫度：-40～85℃，電壓調(diào)整率：±0.1％，負載調(diào)整率：≤±5％，損耗因數(shù)：0．5。

2 EMI濾波器及輸入整流電路設計
在大多數(shù)場合EMI電源濾波器主要抑制共模干擾信號。本設計EMI濾波器中的CX、CIN1和LCM就是用來濾除共模干擾的。共模電感通常取5～33 mH，本設計取為6 mH。整流橋選用1N4001(1A／1 000 V)，此管可對電流電壓留有一定的余量。
CIN1的值可通過式(1)進行計算：

可得：CIN1≈3．16×10-5F，留有一定余量，本設計取CIN1為33 μF。CX為X電容，在使用開關電源的PI電路中，其最佳電容量是0．1～0．33 μF，本設計取為0．1 μF。

3 高頻變壓器的設計
3．1 變壓器磁芯的選擇
在單片開關電源設計中，通常選擇錳鋅鐵氧體材料的磁芯，磁芯截有效面積可用下面經(jīng)驗公式(2)計算：

其中Ae是磁芯有效面積，ηr是變壓器的轉(zhuǎn)換效率，通常取0．75～0.95之間數(shù)，本設計取0．9。經(jīng)計算得到Ae≈0．85 cm2，然后查變壓器的磁芯對照表，最后選擇EE28磁芯。
3．2 計算脈沖信號量大占空比OMAX
當電網(wǎng)電壓在220±20％范圍內(nèi)變化時，經(jīng)全波整流后的直流輸入電壓最小為Vin(min)為208.86V。根據(jù)公式(3)可得最大占空比為：

其中VOR為反射電壓，是指當功率開關管關斷且次級電路處于導通狀態(tài)時，次級電壓感應到初級端的電壓值。根據(jù)本設計要求計算時取VOR=110 V，VDS為主開關導通對D、S間壓降，典型值為10 V。經(jīng)計算得到：DMAX≈0．36。
3．3 計算初級峰值電流
平均值電流如式(4)所示：

3. 4 計算變壓器原邊的電感量

其中Z是損耗分配因子。一般取作0．5。經(jīng)計算可得：LP≈1 860．29μH