多路单端反激式开关电源的设计方案介绍

作者：胡志强，王改云，王远

本文提出了一种基于TOP223Y多路输出单端反激式开关电源的设计方案。本方案采用TOPSwitch系列三端高频单片开关电源芯片，配合由TL431、PC817A组成的反馈系统对外围电路进行分析。方案设计出一种输出为+5V/3A,+12V/1A不同稳压调整权重分别为0.6,0.4的AC/DC开关电源。实验结果表明，该方案设计的开关电源不但效率高，纹波小，而且输出精度高和稳定性强。

0引言

单片开关电源自问世以来，以其效率高，体积小，集成度高，功能稳定等特点迅速在中小功率精密稳压电源领域占据重要地位。美国PI公司的TOPSwitch系列器件即是一种新型三端离线式单片高频开关电源芯片，开关频率fs高达100kHz,此芯片将PWM控制器、高耐压功率MOSFET、保护电路等高度集成，外围连接少许器件即可使用。本文介绍了一种基于TOP223Y输出为+5V/3A,+12V/1A的单端反激式开关电源方案设计的原理和方法。

1方案设计的原理

开关电源是涉及众多学科的一门应用领域，通过控制功率开关器件的开通与关闭调节脉宽调制占空比达到稳定输出的目的，能够实现AC/DC或者DC/DC转换。

TOP223Y共三个端：控制极C、源极S、漏极D.因只有漏极D用作脉宽调制功率控制输出，故称单端；高频变压器在功率开关导通时只是将能量存储在初级绕组中，起到电感的作用，在功率开关关闭时才将能量传递给次级绕组，起变压作用，故称反激式。

电路功能部分主要由输入/输出整流滤波、功率变换、反馈电路组成。工作原理简述为：220V市电交流经过整流滤波得到直流电压，再经TOP223Y脉宽调制和高频变压器DC-AC变换得到高频矩形波电压，最后经输出整流滤波得到品质优良的直流电压，同时反馈回路通过对输出电压的采样、比较和放大处理，将得到的电流信号输入到TOP223Y的控制端C,控制占空比调节输出，使输出电压稳定。

2方案设计的要求

设计作为某智能仪器的供电电源，具体的参数要求如下：交流输入电压最小值：VACMIN=85V;交流输入电压最大值：VACMAX=265V;输出：U1:+5V/3A;U2:+12V/1A;输出功率：Po=27W;偏置电压：VB=12V;电网频率fL=50Hz;开关频率fs=100kHz;纹波电压：小于100mV;电源效率：η大于80%;损耗分配因数Z为0.5;功率因数为0.5.

3设计实例

本设计方案是基于TOP223Y的多路单端反激式开关电源，性能优越，便于集成。电路原理如图2所示，可分为输入保护电路、输入整流滤波电路、钳位保护电路、高频变压器、输出整流滤波电路、反馈回路、控制电路7个部分。

3.1输入保护电路

由保险丝F1、热敏电阻RT和压敏电阻RV组成，对输入端进行过电压、过电流保护。

保险丝F1用于当线路出现故障产生过电流时切断电路，保护电路元器件不被损坏，其额定电流IF1按照IF1>2IACRMS选择3A/250VAC保险丝，其中IACRMS为原边有效电流值。热敏电阻RT用以吸收开机浪涌电流，避免瞬间电流过大，对整流二极管和保险丝带来冲击，造成损坏，加入热敏电阻可以有效提高电源设计的安全系数，其阻值按照RRT1>0.014VACMAX/IACRMS选择10D-11（10Ω/2.4A）。压敏电阻RV能在断开交流输入时提供放电通路，以防止大电流冲击，同时对冲击电压也有较好钳位作用。RV选取MY31-270/3,标称值为220V.