基于TOPSwitch-GX系列TOP247Y芯片的低功率開關電源設計

　　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磁場耦合程度，次級繞組采用了堆疊式繞法。其穩(wěn)壓原理為，U=UR4+UZ+ULM431。當U發(fā)生變化時，如U增加時，流過光耦的電流增大，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，這樣達到穩(wěn)壓的目的，反之U減小時也有相同的原理。

　　可調(diào)精密穩(wěn)壓管LM431的內(nèi)部參考電壓為2.495V，輸出電壓經(jīng)電位器和R7分壓，可調(diào)電壓在2.5V(基準值)至37V(最大值)之間。R6和C18構成LM431的頻率補償網(wǎng)絡。C19為軟啟動電容。除5V電壓外，其余各路輸出未加反饋，輸出電壓均由高頻變壓器的匝數(shù)比來確定。R9～R12是15V輸出的假負載，它能降低該路的空載及輕載電壓。

　　另外，為了盡可能減少電磁干擾，在開關電源的輸入側(cè)接入共模扼流圈，可以明顯改善電磁噪聲。而安全電容C6能濾除一次、二次繞組耦合電容產(chǎn)生的共模干擾，電容C1可濾除電網(wǎng)線之間的串模干擾。

　　高頻變壓器的設計

　　該開關電源是一個具有多路輸出的直流電源，由高頻變壓器N個二次繞組經(jīng)整流濾波后獲得。因此開關電源的性能在很大程度上決定于變壓器的設計。

　　● 功率計算

　　高頻變壓器的二次繞組有三路15V完全相同的直流輸出，另一路15V電壓的電流為400mA，5V電壓提供給其他的芯片，再加上反饋繞組，故由以上設定條件可知，高頻變壓器的輸出功率為：

　　P0=15×0.2×3+15×1×0.4+5×1=20W

　　考慮反饋繞組和裕量，實際選用功率為25W。

　　● 磁芯的選用

　　根據(jù)參考文獻給出的輸出功率與磁芯尺寸的關系，本開關電源選用EI-33磁芯，其額定輸出頻率為25kHz、50kHz和100kHz三種，可以選擇其中的一種，磁芯有效截面積Ae=119.3，Le=67.6，Ve=8067.4。

　　● 繞組匝數(shù)的計算

　　由開關電源設計的特點，在確定功率開關元件MOS管的工作頻率時，若工作頻率較低，則噪聲較大;若工作頻率較高，開關損耗將增大，但可使變壓器、電容等小型化。因此在確定開關頻率時要折衷考慮。設定工作頻率為25kHz，ρ=0.5，η=0.94。ρ為PWM調(diào)制的占空比，η為變壓器的效率。

　　則原邊電感量Lp為：

　　其中，P0為輸出功率，η為變壓器的效率，Z為損耗分配因數(shù)(通常令Z=0.5)，fs為開關頻率。 變壓器一次繞組電流：

　　變壓器匝數(shù)比：

　　變壓器二次繞組匝數(shù)：

　　實取N=9(匝)。一次繞組匝數(shù)：

　　5V直流輸出側(cè)的繞組匝數(shù)：

　　使用TOP247Y的注意事項

　　● 輸入濾波電容C2的負極直接連反饋繞組，以便將反饋繞組上的浪涌電流直接返回到輸入濾波電容，以提高抑制浪涌干擾的能力。

　　● TOP247Y控制端附近的電容應盡可能靠近源極和控制端的引端。S極與C、L、X端過通過一條獨立的支路相連，不可共享一條支路。

　　● S、L、X端的引線與外圍相關元件的距離也要盡可能短，并且遠離漏極的支路要防止產(chǎn)生噪聲耦合。

　　● 線路檢測電阻R1應盡可能接近于L引腳。

　　結束語

　　綜上所述，采用TOPSwitch-GX系列芯片設計的低功率開關電源，電路結構簡單，效率高，成本低。經(jīng)實驗測定，輸出電壓調(diào)整率、負載調(diào)整率均在設定范圍內(nèi)，實驗結果證明該開關電源是可靠的。