基于TOPSwitch及PI Expert的單端反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)

　　3.2 反激變壓器設(shè)計(jì)

　　變壓器是開關(guān)電源的核心部件，其設(shè)計(jì)的好壞直接影響開關(guān)電源的性能。由于在反激式開關(guān)電源中，反激變壓器除了實(shí)現(xiàn)原副邊隔離和電壓轉(zhuǎn)換外，還承擔(dān)儲(chǔ)能的作用，所以在常規(guī)的變壓器設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)之上，反激變壓器的設(shè)計(jì)還要特別關(guān)注原邊電感量這個(gè)重要參數(shù)，其直接影響變壓器儲(chǔ)能的大小。

　　手工設(shè)計(jì)反激變壓器非常復(fù)雜。需要計(jì)算原邊電感量，根據(jù)功率初步選定一個(gè)磁芯和骨架，計(jì)算原副邊匝數(shù)，計(jì)算線徑，計(jì)算氣隙長度，最后核算窗口面積和最大磁通密度，如超過限定值。則需重新設(shè)計(jì)。經(jīng)過反復(fù)的計(jì)算及修改，直到滿足要求為止。

　　應(yīng)用PI Expert軟件只需經(jīng)過幾步簡單的操作，就能得到設(shè)計(jì)結(jié)果，包括所推薦的變壓器磁芯型號、原副邊匝數(shù)、導(dǎo)線線徑、原邊電感量和T0P-Switch芯片型號等關(guān)鍵參數(shù)。最終設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

　　TOPSwitch芯片型號 TOP243Y；
　　磁芯型號 EI22；
　　原邊電感 600μH；
　　原邊匝數(shù) 原邊56匝；
　　副邊匝數(shù) 3匝(5V)，8匝(15V)；
　　反饋繞組匝數(shù) 4匝；
　　線徑 35AWG(原邊)，31-35AWG(15V)，2l-25AWG（5V）。
　　另外，在此基礎(chǔ)上還可以用PI公司提供的PI Transformer Designer軟件對變壓器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

　　4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

　　根據(jù)以上設(shè)計(jì)，實(shí)際構(gòu)建了一個(gè)基于TOP243Y的單端反激式多路輸出開關(guān)電源硬件電路進(jìn)行試驗(yàn)。

　　4.1 自動(dòng)重啟試驗(yàn)

　　為了掌握TOPSwitch芯片的工作特性，在搭建好試驗(yàn)電路后，斷開芯片控制端的反饋電路，僅在漏源之間加一個(gè)30V左右的低電壓對其進(jìn)行自動(dòng)重啟試驗(yàn)。圖3為自動(dòng)重啟過程波形圖。通道l為漏極電壓波形，通道2為控制端電壓波形。從圖3中可以看出，控制端電壓VC保持在4.8～5.8V之間，這是由芯片內(nèi)部的高壓電流源不斷對控制端電容進(jìn)行充放電形成的。每經(jīng)過8個(gè)這樣的充放電周期，芯片將重啟一次，這樣極大地減少了芯片的功耗。另外，一些電路故障(如輸出短路)也會(huì)導(dǎo)致TOPSwitch芯片進(jìn)入自動(dòng)重啟過程。

　　4.2 負(fù)載試驗(yàn)

　　在AC l00V輸入情況下，給所有輸出帶上額定負(fù)載。通過長時(shí)間考核實(shí)驗(yàn)后，各路電源輸出穩(wěn)定、輸出電壓值滿足設(shè)計(jì)要求。其中兩路的輸出電壓波形如圖4所示。

　　輕載時(shí)電源工作在斷續(xù)模式，斷續(xù)模式時(shí)輸出電壓對負(fù)載變化比較敏感；滿載時(shí)電源工作在連續(xù)模式，連續(xù)模式時(shí)負(fù)載波動(dòng)對輸出電壓的影響較小。斷續(xù)和連續(xù)時(shí)TOPSwitch管漏源電壓波形如圖5所示。

　　另外，還選擇了其中的5V/lA和15V/100mA兩路進(jìn)行了 200％過載試驗(yàn)。過載這兩路輸出電壓比設(shè)計(jì)值下降約lV，輸出電壓紋波明顯增大，TOP管發(fā)熱量增加，變壓器發(fā)熱量增加且有微響，輸出濾波電容發(fā)燙；額定負(fù)載的幾路輸出電壓也下降了約O.5V，其它正常。半小時(shí)后，TOPSwitch管過熱保護(hù)。

　　4.3 過欠壓保護(hù)試驗(yàn)

　　過欠壓檢測電阻取值為2MΩ，當(dāng)輸入交流整流后的直流電壓低于100V時(shí)欠壓保護(hù)動(dòng)作，高于450V時(shí)過壓保護(hù)動(dòng)作。無論是過壓還是欠壓，都將導(dǎo)致TOPSwitch管停止工作，直到過欠壓情況消失，系統(tǒng)才能恢復(fù)正常工作。

　　4.4 單點(diǎn)故障試驗(yàn)

　　為了保證電路的可靠性，對電路中的不同器件和不同關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了開路、短路試驗(yàn)。針對一路輸出的單點(diǎn)測試方案包括以下幾項(xiàng)試驗(yàn)：a漏極、控制端開路試驗(yàn)；b控制端外接電容短路、開路試驗(yàn)；c原邊繞組短路、開路試驗(yàn)；d副邊繞組或輸出整流二極管短路、開路試驗(yàn)；e輸出濾波電容短路、開路試驗(yàn)。

　　試驗(yàn)結(jié)果如表1所列。其中a至e代表上面提及的試驗(yàn)項(xiàng)目，b（短）表示b項(xiàng)目控制端外接電容短路，b（開）表示b項(xiàng)目控制端外接電容開路，其他依此類推。

　　5 結(jié)語

　　試驗(yàn)證明本文所設(shè)計(jì)的單端反激式多路輸出開關(guān)電源具有良好的工作性能。該電路所用器件少，結(jié)構(gòu)精簡，控制方式簡單，具有過欠壓等保護(hù)功能，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和電磁兼容能力。采用TOPSwitch系列芯片結(jié)合PI Expert軟件進(jìn)行開關(guān)電源設(shè)計(jì)，周期短，成本低，效率高。