基于多路單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計方案（二）

3.5 輸出整流濾波電路

由整流二極管、濾波電容和平波電感組成。將次級繞組的高頻方波電壓轉(zhuǎn)變成脈動的直流電壓，再通過輸出濾波電路濾除高頻紋波，使輸出端獲得穩(wěn)定的直流電壓。肖特基二極管正向?qū)〒p耗小、反向恢復(fù)時問短，在降低反向恢復(fù)損耗以及消除輸出電壓中的紋波方面有明顯的性能優(yōu)勢，所以選用肖特基二極管作為整流二極管，參數(shù)根據(jù)最大反向峰值電壓VR選擇，同時二極管的額定電流應(yīng)該至少為最大輸出電流的3~5倍。次級繞組的反向峰值電壓VSM為：

式中：Iout是輸出端的額定電流，單位為A;Dmin是在高輸入電壓和輕載下所估計的最小占空比(估計值為0.3);V(PK-PK)是最大的輸出電壓紋波峰峰值，單位為mV.計算得出后考慮閾值C6取100 μF/10 V,C8取220 μF/35 V.

第二級經(jīng)LC濾波使不滿足紋波要求的電壓再次濾波。輸出濾波電容器不僅要考慮輸出紋波電壓是否可以滿足要求，還要考慮抑制負(fù)載電流的變化，在這里可以選擇C7取22 μF/10 V,C9取10 μF/35 V.C5取經(jīng)驗值0.1 μF/25 V.輸出濾波電感根據(jù)經(jīng)驗取2.2~4.7 μH,采用3.3 μH 的穿心電感，能主動抑制開關(guān)噪聲的產(chǎn)生。

為減少共模干擾，在輸出的地與高壓側(cè)的地之間接共模抑制電容C15.

3.6 反饋回路設(shè)計

開關(guān)電源的反饋電路有四種類型：基本反饋電路、改進(jìn)型基本反饋電路、配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路、配TL431的光耦反饋電路。本設(shè)計采用電壓調(diào)整率精度高的可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431加線形光耦PC817A構(gòu)成反饋回路。

TL431通過電路取樣電阻來檢測輸出電壓的變化量ΔU,然后將采樣電壓送入TL431 的輸入控制端，與TL431的2.5 V參考電壓進(jìn)行比較，輸出電壓UK也發(fā)生相應(yīng)變化，從而使線性光電耦合器中的發(fā)光二極管工作電流發(fā)生線性變化，光電耦合器輸出電流。

經(jīng)過光電耦合器和TL431組成的外部誤差放大器，調(diào)節(jié)TOP223Y控制端C 的電流IC,調(diào)整占空比D(IC與D成反比)，從而使輸出電壓變化，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

對于電路中的反饋部分，開關(guān)電源反饋電路僅從一路輸出回路引出反饋信號，其余未加反饋電路。這樣，當(dāng)5 V輸出的負(fù)載電流發(fā)生變化時，定會影響12 V輸出的穩(wěn)定性。

解決方法是給12 V輸出也增加反饋電路。另外，電路中C10為TL431的頻率補(bǔ)償電容，可以提高TL431的瞬態(tài)頻率響應(yīng)。R5為光電耦合器的限流電阻，R5的大小決定控制環(huán)路的增益。電容器C13為軟啟動電容器，可以消除剛啟動電源時芯片產(chǎn)生的電壓過沖。

下面主要是確定R4~R8的值：

按照應(yīng)用要求，對5 V電源要求較高，但也要兼顧12 V電源，權(quán)衡反饋量，將R7,R8的反饋權(quán)值均設(shè)置為0.6,0.4,各個輸出的穩(wěn)定性均得到保障和提高。

只有5 V輸出有反饋時，如R4,R7取值均為10 kΩ，此時電流IR7 =250 μA,分權(quán)后，R7分得150 μA、R8分得150 μA.根據(jù)TL431的特性知，Vo,VREF,R7,R8,R4之間存在以下關(guān)系：

式中：VREF為TL431參考端電壓，為2.5 V;Vo為TL431輸出電壓。根據(jù)電流分配關(guān)系得(單位：kΩ)：

式中：VF 為光耦二極管的正向壓降，由PC817技術(shù)手冊知，典型值為1.2 V.先取R5=390 Ω，可得R6=139 Ω，取標(biāo)稱值150 Ω。

3.7 控制回路

由電容C7和電阻R12串聯(lián)組成。C9用來濾除控制端的尖峰電壓并決定自動重啟動時序，并和R12一起設(shè)定控制環(huán)路的主極點為反饋控制回路進(jìn)行環(huán)路補(bǔ)償。由數(shù)據(jù)手冊知，C9選擇47 μF/25 V的電解電容，當(dāng)C9 =47 μF時，自動重啟頻率為1.2 Hz,即每隔0.83 s檢測一次調(diào)節(jié)失控故障是否已經(jīng)被排除，若確認(rèn)已被排除，就自動重啟開關(guān)電源恢復(fù)正常工作。R12取6.2 Ω。

4 方案的實驗結(jié)果

根據(jù)以上方案設(shè)計的方法和規(guī)范，設(shè)計出的一種基于TOP223Y雙路+5 V/3 A,+12 V/1 A輸出的反激式開關(guān)電源。在寬范圍85~265 VAC的輸入范圍下對其性能進(jìn)行了測試，如表1所示。

由以上選取的實驗數(shù)據(jù)得出，+5 V/3 A(反饋權(quán)重0.6,負(fù)載500 Ω)輸出的電壓調(diào)整率為SV = ±0.18%,輸出的紋波電壓為39 mV,輸出的最大電流為3.2 A;+12 V/1 A(反饋權(quán)重0.4,負(fù)載750 Ω)輸出的電壓調(diào)整率為SV = ±0. 3%,輸出的紋波電壓為68 mV,輸出的最大電流為1.10 A.

該電源在滿載狀態(tài)時，功率可達(dá)27.6 W,最大占空比為0.60,電源效率為83.1%,開關(guān)電源具有良好的性能，滿足應(yīng)用要求。

5 結(jié)語

本文所設(shè)計的開關(guān)電源方案，芯片的高度集成化，外圍電路設(shè)計簡單。電源的性能通過參數(shù)的調(diào)節(jié)仍有提升的空間。雙輸出雙反饋異權(quán)重的設(shè)計使開關(guān)電源的更加實用靈活，不同的保護(hù)電路的設(shè)計，使電源的實用更加安全可靠，該方案所設(shè)計的電源在實際應(yīng)用中表現(xiàn)良好。