电源技术:基于TOP227Y芯片的新型开关电源的设计
- 格式:doc
- 大小:276.50 KB
- 文档页数:6
采用PWM控制器和MOSFET功率开关一体化的集成控制芯片是新一代开关电源设计的重要特点和趋势。
本文介绍了三端PWM/MOSFET二合一集成控制器件TOPSwitch 系列的工作原理及其在开关电源设计中的应用,同时也介绍了与TOPSwitch相匹配的高频功率变压器的设计。
其中, PWM控制器和变压器的设计是开关电源设计的关键。
在研究了单片开关电源的工作原理基础之上,采用TOP222Y芯片设计了输出为5V/2A 小功率单片式开关电源电路及高频变压器;并对电路中的一些元器件的参数进行了计算和选择。
该电路基本能满足设计的要求。
通过毕业设计,即巩固了所学的知识,又得到了一次实践的锻炼。
关键词:开关电源、脉宽调制、TOP222Y第一章序言 (1)1.1 开关电源的发展 (1)1.2 单片开关电源芯片及应用 (1)第二章单片开关电源工作原理 (3)2.1 开关电源的工作原理 (3)2.2 单片开关电源的工作原理 (4)第三章基于TOP222Y的单片开关电源的设计 (6)3.1 TOP222Y的工作原理 (6)3.2 基于TOP222Y芯片单端反激式开关电源的设计 (8)第四章单片开关电源电路的元件选择与参数计算 (11)4.1 整流滤波电路元件的选择 (11)4.2 PC817的内部结构及工作原理 (11)4.3 TL431的工作原理 (11)4.4 PC817光电耦合器与TL431外围器件参数计算 (12)4.5 TL431的取样电阻计算 (12)第五章高频变压器设计 (14)5.1 变压器的分类 (14)5.2 高频变压器的工作原理 (14)5.2 高频变压器设计方法 (14)5.3 高频变压器的绕制 (15)第六章总结 (17)第一章序言1.1 开关电源的发展开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。
基于TOP227Y芯片的开关电源设计开关电源是一种常见的电源设计,其基于TOP227Y芯片可以使得设计更加简单和可靠。
本文将从开关电源的基本原理、芯片的特性以及设计例子等方面进行详细介绍。
一、开关电源的基本原理开关电源是通过开关闭合来实现输入电源的调节,从而输出稳定的直流电压。
其主要由输入滤波电路、整流电路、变压器、开关管、输出滤波电路等部分组成。
1.输入滤波电路:主要用于过滤输入电源中的噪声和干扰。
常见的滤波元件有电容和电感,通过它们的组合可以实现对不同频率的干扰信号的滤除。
2.整流电路:主要用于将交流输入电源转换为直流电压,在开关电源中常使用整流桥进行整流操作。
3.变压器:开关电源中的变压器主要用于进行电压的转换和隔离,通过变压器的变比可以实现输入和输出电压的变换。
4.开关管:开关电源中的开关管控制着开关电源的输出状态,一般使用功率开关管如MOSFET进行开关操作。
5.输出滤波电路:用于对开关电源的输出进行滤波,使输出电压更加稳定。
二、TOP227Y芯片的特性TOP227Y芯片是一款高性能的开关电源集成芯片,具有以下特性:1.高集成度:TOP227Y芯片内部集成了PWM控制器、电流限制器、过温保护、短路保护等多种保护功能,能够有效保护电源和负载。
2.宽输入电压范围:TOP227Y芯片支持宽输入电压范围,适用于各种不同的应用场景。
3.高效率:TOP227Y芯片采用了高速开关技术和高效的PWM控制算法,能够实现高效节能的电源设计。
4.低功耗待机模式:TOP227Y芯片内置了低功耗待机模式,能够进一步降低电源系统的功耗。
三、基于TOP227Y芯片的开关电源设计例子下面以一个基于TOP227Y芯片的12V输出开关电源设计为例,进行详细说明:1.输入电压范围:100V~240V,输出电压:12V,输出电流:1A。
2.选择合适的变压器:根据输入电压范围选择合适的变压器,变压器的变比需要满足输出电压与输入电压的关系。
基于TOP247Y的多路开关电源的设计广东工业大学自动化学院李长兵陈林康曾建安摘要:本文介绍了一种多路开关稳压电源及 TOP247Y 的工作原理,重点讨论了开关电源和高频变压器的设计。
关键词:开关电源;电磁干扰概述--- 在三相逆变器用开关电源中,电源的工作方式有两种,一种是应用工频变压器供电,另一种是应用开关稳压电源供电。
随着微电子和电力电子技术的发展,它们都毫无例外地使用开关电源。
开关电源具有重量轻、体积小、效率高、稳压范围宽等优点,正朝着短、小、轻、薄、单片集成化、智能化的方向发展。
美国PowerIntegrations公司在2001年初开发的单片开关电源集成芯片TOP247Y属于该公司第四代单片开关电源集成电路TOPSwitch-GX系列。
该系列产品除具备TOPSwitch-FX系列的全部优点之外,还将最大输出功率从75W扩展到250W,适合构成大、中功率的高效率、隔离式开关电源。
它的开关频率高达132kHz,这有助于减小高频变压器及整个开关电源的体积。
本文介绍了一种基于TOP247Y的多路开关稳压电源,其结构简单、成本低廉、制作调试方便,基本上能达到所要求的条件。
TOPSwitch-GX系列芯片工作原理--- 图1给出了TOP247Y芯片内部结构图,共有6个引出端,它们分别是控制端C、线路检测端L、极限电流设定端X、源极S、开关频率选择端F和漏极D。
利用线路检测端(L)可实现4种功能:过压(OV)保护;欠压(UV)保护;电压前馈(当电网电压过低时用来降低最大占空比);远程通/断(ON/OFF)和同步。
而利用极限电流设定端,可从外部设定芯片的极限电流。
在每个开关周期内都要检测功率MOSFET漏源极导通电阻Ros(on)上的漏极峰值电流ID(PK),当ID(PK)>ILIMIT时,过电流比较器就输出高电平,依次经过触发器、主控门和驱动级,将MOSFET关断,起到过电流保护作用。
--- 电源启动时,连接在漏极和源极之间的内部高压电流源向控制极充电,在RE两端产生压降,经RC滤波后,输入到PWM比较器的同相端,与振荡器产生的锯齿波电压相比较,产生脉宽调制信号并驱动MOSFET管,因而可通过控制极外接的电容充电过程来实现电路的软启动。
基于TOP227Y芯片的单端反激式开关电源前言虽然身边到处充斥着电子设备,所有空间几乎都被各种电磁波覆盖,但是从来没有真正留意过什么。
后来,因为偶尔需要找朋友维修一些电子设备,加之有培养孩子学一些电子电路知识的想法,于是就在不经意间走近了“近在咫尺却又远在天边”的电子世界。
开始是基于简单的需要,利用工频变压器和LM317自己设计制作了带呼吸灯的直流稳压电源比较粗糙。
后来因为要改造车载点烟器的手机充电接口,又基于34063自制车载手机充电板,使用中发现34063做的充电板虽然基本满足使用要求。
但是一直存在芯片明显发热的问题,偶尔还有电感噪声。
于是基于LM2596再做车载手机充电板。
从制作中了解到LM2596系列是3A电流输出降压开关型集成稳压芯片,它内含固定频率振荡器(150KHZ)和基准稳压器(1.23v),并具有完善的保护电路、电流限制、热关断电路等。
利用该器件只需很少的外围器件便可构成高效稳压电路。
这时才第一次听说“开关电源”(开始还以为就是带机械开关的电源呢,呵呵)。
上网查阅资料,学习,尝试,自己终于制成了一款真正的开关电源。
知识超市1、单激式变压器开关电源变压器开关电源的最大优点是,变压器可以同时输出多组不同数值的电压,改变输出电压和输出电流很容易,只需改变变压器的匝数比和漆包线截面积的大小即可;另外,变压器初、次级互相隔离,不需共用同一个地。
因此,变压器开关电源也有人把它称为离线式开关电源。
这里的离线并不是不需要输入电源,而是输入电源与输出电源之间没有导线连接,完全是通过磁场偶合传输能量。
变压器开关电源采用变压器把输入输出进行电器隔离的最大好处是,提高设备的绝缘强度,降低安全风险,同时还可以减轻EMI 干扰,并且还容易进行功率匹配。
变压器开关电源有单激式变压器开关电源和双激式变压器开关电源之分,单激式变压器开关电源普遍应用于小功率电子设备之中,因此,单激式变压器开关电源应用非常广泛。
而双激式变压器开关电源一般用于功率较大的电子设备之中,并且电路一般也要复杂一些。
一种基于TOP227Y的脉冲开关电源设计
脉冲电源是各种电源设备中比较特殊的一种,它的电压或电流波形为脉冲状。
其实质上是一种通断的直流电源,其基本工作原理是首先经过慢储能,使初级能源具有足够的能量,然后向中间储能和脉冲成形系统放电(或流入能量),能量经过储存、压缩形成脉冲或转化等复杂过程之后,形成脉冲电源。
随着开关电源的发展,电源的小型化、模块化、智能化越来越受到人们的关注。
各种电源控制芯片如雨后春笋纷纷涌现,美国电源集成(PI)公司相继推出TOP 系列芯片,这些芯片集脉冲信号控制电路和功率开关器件MOSEFT 于一体,具有高集成度、最简外围电路、最佳性能指标等特点,能组成高效率无工频变压器的隔离式开关电源。
所以,本文设计基于TOP227Y 芯片控制的开关电源。
1 总体结构
本文设计的脉冲开关电源总体结构如图1 所示。
由图1 可知,输入220 V 交流电流,先由4 个二极管的全桥整流,然后通过TOP227Y 开关和高频变压器变压,再经过二次整流、电容滤波和电感平波,输出150 W 的直流电。
高频变压器二次侧有3 个绕组,2 路输出功率,另一路为反馈回路提供电源。
反馈回路从输出端进行电压取样,通过光耦来控制脉冲控制开关的通断,调节输出功率。
2 高频变压器主要参数设计
高频变压器在开关电源中起很重要的作用,它主要是传输功率,实现输入输出两侧的电气隔离。
同时,可通过改变初次级的匝数比来改变输出电压,也可增加匝数不同的次级,以达到获得多输出的目的。
根据设计要求,选择某厂的功率铁氧体LP3 作为高频变压器的磁芯。
采用面积乘积(AP)法设计变压器:。
基于TOP227Y的多路输出反激式开关电源设计王银杰;张立生;王林【摘要】根据TOP227Y的特性介绍了反激式开关电源的设计方法.文中设计了一种以TOP227Y芯片为核心的多路输出反激式开关电源,给出了外围电路和相关参数计算,搭建了实验样机,最后通过实验结果得出结论.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2014(031)006【总页数】4页(P40-42,47)【关键词】开关电源;反激式;变压器设计;多路【作者】王银杰;张立生;王林【作者单位】盐城工学院电气工程学院,江苏盐城224000;黄山市供电公司,安徽黄山245000;盐城工学院电气工程学院,江苏盐城224000【正文语种】中文【中图分类】TN860 引言随着科技不断进步,开关电源在仪器仪表、工业设备、家用电器等领域得到广泛应用。
反激式开关电源因其设计灵活、所需元器件少等特点,在小功率电源领域中得到了应用。
它可以实现多路输出;输入输出的电压极性能够相反;通过改变压器的匝数比,可构成升压或降压式开关电源。
TOPswitch系列芯片的问世使得反激式开关电源的设计变得更加方便简单[1]。
1 开关电源原理及电路设计本文以TOP227Y为核心控制部件,通过PWM控制实现DC/DC变换,通过调节占空比来保证输出电压的稳定。
开关电源的基本技术指标如下[2]:交流输入电压范围:85~265 V,50 Hz。
输出:4路15 V/1 A。
输出功率:P0=60 W。
电源的效率η:80%左右。
损耗分配因数Z:0.5。
偏置电压:UB=12 V。
基于TOP227Y的多路反激式开关电源基本设计原理图如图1所示。
1.1 前级滤波电路设计前级滤波电路包括交流滤波、整流、直流滤波电路三部分构成[3]。
交流滤波主要是滤除从电网引入的外部干扰,同时也抑制自身设备向外部发出的干扰。
由C18、C7、C6、C8、L构成典型的π型滤波器。
其中L为共模电感,其电感量通常取值范围为8~23 mH,本设计取22 mH。
基于TOPswitchII的断续工作模式反激式开关电源设计第一篇:基于TOPswitch II的断续工作模式反激式开关电源设计基于TOPswitch II的断续工作模式反激式开关电源设计2009年09月17日作者:韩国良来源:《中国电源博览》编辑:樊晓琳摘要:TOPswitch II系列芯片是Power Integration 公司生产的开关电源专用集成电路,它将脉宽调制电路与高压开关管(MOSFET)及驱动电路等集成在一起,具备完善的保护功能。
使用该芯片设计的小功率开关电源,可大大减少外围电路,降低成本,提高可靠性。
本文介绍其内部结构和工作原理,给出基于该芯片的断续工作模式反激式开关电源的具体参数设计,并给出实验结果。
关键词:TOPswitch 反激变换器断续模式Abstract: TOPswitch II series integrated circuits are produced especially for switching power supply by Power Integration Company, which integrate PWM and high voltage MOSFET together, and have perfect protection function.The low power switching power supply with such integrated circuits has advantages such as simple outer circuits, lower cost and higher reliability.In this paper, the internal construction and principle of TOPswitch II are introduced, and the design procedure and the experimental result of the power supply with flyback topology in discontinuous current mode are illustrated.Keywords: TOPswitch;flyback;discontinuous current mode1.引言TOPswitch系列芯片是美国Power Integration公司于20世纪90年代中期推出的新型高频开关电源芯片。
多路输出式单片开关电源的电路设计(单片开关电源技术讲座之三)河北科学大学沙占友庞志锋武卫东(石家庄050054)摘要:单片开关电源是国际上90年代才开始流行的新型开关电源芯片。
本文阐述其多路输出式电路设计方法。
关键词:单片开关电源多路输出电路设计中图法分类号:TN86文献标识码:A文章编号:0219-2713(2000)10-545-04许多家电产品(如电视机、机顶盒解码器、录像机)都需要由多路稳压电源来供电。
在电子仪器、自控装置中也要给各种模拟与数字电路提供多路电源。
利用单片开关电源可实现多路电压输出。
下面通过一个典型实例来详细介绍多路输出式开关电源的优化设计。
1电路设计方案1.1确定多路输出的技术指标假定要设计的开关电源具有三路输出:主输出UO1(5V,2A,10W),辅助输出为UO2(12V,1.2A,14.4W)和UO3(30V,20mA,0.6W)。
总输出功率为25W。
技术指标详见表1。
各路输出的稳压性能对于电路结构和高频变压器的设计至关重要。
通常,主输出的稳定性要高于辅助输出。
现将+5V作为主输出,专门供CMOS,TTL数字电路使用,其负载调整率SI≤±1%,其余两路优于±5%。
1.2确定反馈电路多路输出的反馈电路有四种类型:基本反馈电路;改进型基本反馈电路;配稳压管的光耦反馈电路;配TL431的光耦反馈电路。
以第四种电路的稳压性能为最佳。
利用表2可选定反馈电路。
需要指出,多路输出要比单路输出的SI值高,并且主输出指标优行辅助输出。
表2可供多路输出选择的四种反馈电路配TL431的光耦反馈电路±1%≤5%由TL431提供高稳定度的参考电压,主输出作为主要反馈信号,其余各路输出按一定比例反馈。
(1)基本反馈电路是利用反馈绕组间接获取输出电压的变化信号,因此不需要使用光耦合器。
该方案的电路最为简单,但开关电源的稳定性不高,难于把负载调整率SI降至±5%以下。
基于TOP223Y多路单端反激式开关电源设计方案
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100 kHz,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+5 V/3 A,+12 V/1 A的单端反激式开关电源方案设计的原理和方法。
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:220 V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。
电源技术基于TOP227Y芯片的新型开关电源的设计1.引言(约100字)电源技术是电子技术领域的重要组成部分,对于各种电子设备的正常工作至关重要。
本文将介绍一种基于TOP227Y芯片的新型开关电源的设计。
2.研究背景(约200字)随着电子设备的普及和应用场景的不断发展,对电源的要求也越来越高。
传统的线性电源存在功率损耗大、效率低等问题,而开关电源具有功率转换效率高、体积小等优点,因此受到了广泛关注。
3.开关电源原理简介(约200字)开关电源通过使用开关器件(如MOSFET)控制电流的开关时间,将电源的直流电压通过高频开关变换为需要的输出电压。
其中,TOP227Y芯片是一种集成了开关控制器、功率MOSFET和其他外部器件所需功能的开关电源芯片,具有成本低、效率高、稳定性好等特点。
4.设计思路(约300字)该新型开关电源的设计基于TOP227Y芯片,采用了离线开关模式,以实现高效、稳定、可靠的电源输出。
具体设计流程包括:选择合适的电感和电容进行滤波,确定合适的输出电压和电流,设计反馈回路控制和保护电路。
5.系统框图和具体参数设计(约300字)在设计过程中,需要根据需求确定输出电压和电流的范围,并选择合适的电容和电感来实现滤波和稳定输出。
同时,需要设计反馈回路控制,使得输出电压可以自动调整以实现稳定的输出。
6.电路实现和性能测试(约300字)在电路实现方面,通过按照设计思路将电路元件进行连接和布局,制作成实际的电路板。
然后,进行性能测试,如测量输出电压的稳定性、负载能力等指标,以验证设计的可行性和性能优势。
7.结论(约100字)本文介绍了一种基于TOP227Y芯片的新型开关电源的设计,通过选择合适的电感和电容进行滤波,设计反馈回路控制和保护电路,实现了高效、稳定、可靠的电源输出。
这种设计可以在各种电子设备中得到应用,提高电源效率和性能。
TOP221—227TOPSwitch—II系列三端离线式PWM开关产品主要性能:1.最低成本和最少元器件数量的开关解决方案。
2.与线性电源相比在输出功率5W以上的电路中最具竞争优势。
3.具有非常低的AC/DC变换损耗,转换的效率高达90%。
4.芯片内部集成了自动复位启动和限流功能电路。
5.为了实现系统的安全保护,芯片内部还具有一个触发式热关断电路。
6.可构成反激式、正激式、升压式或降压式拓扑电路。
7.可稳定工作于不连续与连续传到模式。
8.SOURCE端连接到散热片上降低了EMI。
9.使用专用设计工具软件,设计更省时省力。
图1、典型的反激电路应用实例简介第二代的TOPSwitch—II系类芯片与第一代比起来有更高的性价比,第二代的TOPSwitch —II芯片拓展了输出功率,输入AC电网电压100/115/230V的100W扩大到150W,从输入AC 电网电压85—265V的输入功率从50W扩大到90W,由于采用了先进的技术和工艺,因此可以拓展到电视、监视器、声频放大器等应用领域。
许多有效的电路被集成在芯片内部,使PCB 的面积得到有效的减少,使宽输入电网电压范围的电源电路设计变得非常容易。
标准的PDIP-8L封装形势减小了低功率、高频率应用的成本。
这种封装使用了6个标准铅锡引出端将内部热量直接传输到PCB上,省去了散热片的成本,该系列的TOPSwitch芯片合并了所有的功能,将开关模式控制系统汇集于具有3个引出端的IC中,芯片内部集成了Power MOSFET,PWM控制器、高压启动电路、环形补偿和故障保护电路。
注释:1、封装TO-220/32、封装DIP-8或SMD-83、110/115VAC加倍输入装置4、假设适当的散热条件使TOPSwitch的结温在100摄氏度以下5、1当中的焊点为6.45平方厘米,2的敷铜(610gm/2m),PMAX 是在所示条件下连续状态下输出的实际最大功率,在给定条件下连续输出功率能力取决与周围环境的温度、变压器设计、效率要求、最小指定输入电压以及输入储能电容等等 7、在TOPSwitch-II应用过程中要考虑的一些部分可以参照已有的TOPSwitch的设计。
O 引言TOPSwitch单片开关电源芯片是美国PI公司于上世纪90年代中期推出的新型高频开关电源芯片,它是三端离线式PWM开关(Three Terminal 0ffLine PWM Switch)的缩写,被誉为“顶级开关电源”。
其特点是将高频开关电源中的PWM控制器和M0SFET功率开关管集成在同一芯片上,是一种二合—器件。
其第一代产品是1994年推出的TOPl00/200系列;第二代产品是1997年推出的TOPSwitch—II系列。
这些产品一经问世,便显示出了强大的生命力,被广泛应用于仪表、显示器、开关电源、VCD/DVD、手机充电器等各种领域,形成了一种高效、低成本、新型的开关电源模式。
同时因为其简易的设计方法,使得TOOPSwitch芯片在应用中更显得得心应手。
应用该芯片设计的开关电源,具有效率高、体积小以及外围电路简单等优点。
可以预见,应用TOPSwitch系列芯片所设计的单片开关电源必将在更广泛的领域得到应用。
1 TOP227Y芯片性能特点及其内部框图1.1 TOP227Y芯片性能特点TOP227Y属于TOP系列的第二代产品,其功率开关管耐压值高达700V,具有以下显著特点。
1)将脉宽调制控制系统的全部功能集成到三端芯片中,内含脉宽调制器、功率开关场效应管、自动偏置电路、保护电路、高压启动电路和环路补偿电路,通过高频变压器使输出端与电网完全隔离,真正实现了无工频变压器、隔离、反激式开关电源的单片集成化。
2)属于漏极开路输出并利用电源来线性调节占空比实现AC/DC变换,电流控制型开关电源。
3)输入交流电压和频率的范围很宽。
4)只有3个引出端。
能以最简单方式构成无工频变压器的反激式开关电源,其控制端属于多功能引出端,可完成多种控制、偏置及保护功能,具有连续和不连续两种工作模式,反馈电路有4种基本类型,能构成各种普通型和精密型开关电源。
5)开关频率的典型值为100kHz,允许范围是90~110kHz,占空比调节范围是1.7%~67%。
TOP22X系列虽然出来得比较早,但外围简单、高效,适合初学者制作。
图下面的是量产的真实数据。
变压器都是PC40材质。
同样适合100KHZ的其它芯片驱动的单端反激式开关电源!1. 12V/1A,12W电源。
IC用TOP223Y,100KHz。
磁芯:EE19,气息:0.15mm, 初级电感:950uH,初级:直径0.21单线饶110T,次级:0.41*2绕11T,反馈:8T2. 12V/1.5A,18W电源。
IC用TOP223Y,100KHz。
磁芯:EE22,气息:0.2mm, 初级电感:900uH,初级:直径0.26单线饶85T,次级:0.47*3绕10T,反馈:8T3. 12V/2A,24W电源。
IC用TOP223Y,100KHz。
磁芯:EE25,气息:0.25mm, 初级电感:850uH,初级:直径0.33单线饶85T 次级:0.47*4绕10T,反馈:8T4. 12V/2.5A,30W电源。
IC用TOP223Y,100KHz。
磁芯:PQ2020,气息:0.25mm, 初级电感:800uH,初级:直径0.33单线饶75T,次级:0.47*5绕9T,反馈:6T5. 12V/3A,36W电源。
IC用TOP224Y,100KHz。
磁芯:EC28,气息:0.25mm, 初级电感:730uH,初级:直径0.33单线饶60T,次级:0.47*5绕8T,反馈:5T6. 12V/4.2A,50W电源。
IC用TOP224Y,100KHz。
磁芯:PQ2620,气息:0.25mm, 初级电感:700uH,初级:直径0.33单线饶50T,次级:0.47*8绕6T,反馈:4T7. 12V/5A,75W电源。
IC用TOP225Y,100KHz。
磁芯:PQ2625,气息:0.3mm, 初级电感:600uH,初级:直径0.41单线饶48T,次级:0.47*8绕6T,反馈:4T8. 12V/8.1A,100W电源。
IC用TOP227Y,100KHz。
基于TOP232Y的3路输出开关电源电路图
基于TOP232Y 的3路输出开关电源电路
TOP232Y作为四端器件来使用。
该电源的效率为78%,输出端纹波电压的峰-峰值为50mv。
电路中使用一片TOP232Y型单片开关电源,总输出功率为17.05W。
直流输入电压的范围是200~375V。
亦可选220V/110V固定输入电压,只需接入整流滤波器,而无需加输入倍压器对110V进行倍压整流。
该设计充分发挥了TOP232Y的软启动、欠电压保护、严格的限流特性和开关频率高等优良特性,使得高频变压器可选EE19型磁心。
此外,由于TOP232Y增加了高压漏极端与低压端的间距,减小了引脚之间的漏电,因此电源能在较恶劣的环境下使用。
C1为直流高压的高频退耦电容,当Ui与待机电源距离很近时可省去Cl。
线路检测电阻Rl用于设定欠电压值UUV。
取Rl=3.9MΩ时,UUv=IUVRl=50μA×3.9MΩ=195V。
当Ui<195V时自动关断电源,直至Ui>195V时才重新接通电源。
基于TOP227Y芯片的单端反激式开关电源前言虽然身边到处充斥着电子设备,所有空间几乎都被各种电磁波覆盖,但是从来没有真正留意过什么。
后来,因为偶尔需要找朋友维修一些电子设备,加之有培养孩子学一些电子电路知识的想法,于是就在不经意间走近了“近在咫尺却又远在天边”的电子世界。
开始是基于简单的需要,利用工频变压器和LM317自己设计制作了带呼吸灯的直流稳压电源比较粗糙。
后来因为要改造车载点烟器的手机充电接口,又基于34063自制车载手机充电板,使用中发现34063做的充电板虽然基本满足使用要求。
但是一直存在芯片明显发热的问题,偶尔还有电感噪声。
于是基于LM2596再做车载手机充电板。
从制作中了解到LM2596系列是3A电流输出降压开关型集成稳压芯片,它内含固定频率振荡器(150KHZ)和基准稳压器(1.23v),并具有完善的保护电路、电流限制、热关断电路等。
利用该器件只需很少的外围器件便可构成高效稳压电路。
这时才第一次听说“开关电源”(开始还以为就是带机械开关的电源呢,呵呵)。
上网查阅资料,学习,尝试,自己终于制成了一款真正的开关电源。
知识超市1、单激式变压器开关电源变压器开关电源的最大优点是,变压器可以同时输出多组不同数值的电压,改变输出电压和输出电流很容易,只需改变变压器的匝数比和漆包线截面积的大小即可;另外,变压器初、次级互相隔离,不需共用同一个地。
因此,变压器开关电源也有人把它称为离线式开关电源。
这里的离线并不是不需要输入电源,而是输入电源与输出电源之间没有导线连接,完全是通过磁场偶合传输能量。
变压器开关电源采用变压器把输入输出进行电器隔离的最大好处是,提高设备的绝缘强度,降低安全风险,同时还可以减轻EMI 干扰,并且还容易进行功率匹配。
变压器开关电源有单激式变压器开关电源和双激式变压器开关电源之分,单激式变压器开关电源普遍应用于小功率电子设备之中,因此,单激式变压器开关电源应用非常广泛。
而双激式变压器开关电源一般用于功率较大的电子设备之中,并且电路一般也要复杂一些。
基于TOP227Y的单片开关电源设计王小双1,2,林辉1,赵静2(1.西北工业大学自动化学院西安710072;2.西安通信学院西安710106)摘要:介绍了一种基于TOP227Y三端离线式PWM集成芯片的反激式开关稳压电源;分析了TOP227Y的特性和工作原理,设计了一款功率50W,输出+15V的单片开关电源,并对系统开关电源实用电路及主要单元电路进行了详细的分析,进行了参数值计算、器件的选取与电路设计;最后,给出了该电源输出实验波形,并进行了整体性能分析。
实验证明:该开关稳压电源具有效率高、纹波小、输出电压稳定等优点。
关键词: 单片开关电源; 单端反激式; 高频变压器Design of Single - Chip Switching Power Supply Based on TOP227YWang Xiao-shuang1,2,Lin Hui1,Zhao Jin2(1.northwestern polytechnical university ,School of automation Xi,an 710072 ;2. The communication institute of Xi,an, 710106)Abstract :A flyback switching power supply based on TOP227Y is presented. Firstly , the principle and characteristics of this Single -chip switching power supply are analyzed. A single-chip switching power supply is designed according to the features of the chip which output power is 50W and output voltage is +15V. Second , the design method and practical circuit. are described. Calculation of the values of the parameters and selection of the components are provided. At last, output voltage wave and the analysis of the whole electrical character are given. The test result shows the power supply have high efficiency , low ripple , stability output voltage and so on..Key words :TOPSwitch switching power; single-chip flyback ; highf requency transformer0引言单片开关电源自20世纪90年代中期问世以来,由于具有单片集成化、最简外电路、最佳性能指标、无工频变压器、能完全实现电气隔离等显著特点,显示出强大的生命力,倍受人们青睐,是开关电源的发展方向。
基于 TOP227Y 芯片的新型开关电源的设计
2010-5-12 21:46:00 来源:转载
摘要: 摘要:介绍了一种采用 TOP227Y 智能集成芯片设计的开关电源。
详细地介绍了该芯片的性能特点。
根据 TOP227Y 的特性给出了该开关电源的设计方法,对外围电路的设计进行了详细的介绍,并给 出了该开关电源的性能测试结果。
关键词:开关电源;TO0Switch:脉宽调制 关键词: O 引言 TOPSwitch 单片开关电源芯片是美国 PI 公司于上世纪 90 年代中期推出的新型高频开关电源芯片, 它是三端离线式 PWM 开关(Three Terminal 0ffLine PWM Switch)的缩写,被誉为“顶级开关电源”。
其特点是将高频开关电源中的 PWM 控制器和 M0SFET 功率开关管集成在同一芯片上,是一种二 合—器件。
其第一代产品是 1994 年推出的 TOPl00/200 系列;第二代产品是 1997 年推出的 TOPSwitch—II 系列。
这些产品一经问世,便显示出了强大的生命力,被广泛应用于仪表、显示器、 开关电源、VCD/DVD、手机充电器等各种领域,形成了一种高效、低成本、新型的开关电源模式。
同时因为其简易的设计方法,使得 TOOPSwitch 芯片在应用中更显得得心应手。
应用该芯片设计的 开关电源,具有效率高、体积小以及外围电路简单等优点。
可以预见,应用 TOPSwitch 系列芯片所 设计的单片开关电源必将在更广泛的领域得到应用。
1 TOP227Y 芯片性能特点及其内部框图
1.1 TOP227Y 芯片性能特点 TOP227Y 属于 TOP 系列的第二代产品,其功率开关管耐压值高达 700V,具有以下显著特点。
1)将脉宽调制控制系统的全部功能集成到三端芯片中,内含脉宽调制器、功率开关场效应管、自 动偏置电路、 保护电路、 高压启动电路和环路补偿电路, 通过高频变压器使输出端与电网完全隔离, 真正实现了无工频变压器、隔离、反激式开关电源的单片集成化。
2)属于漏极开路输出并利用电源来线性调节占空比实现 AC/DC 变换,电流控制型开关电源。
3)输入交流电压和频率的范围很宽。
4)只有 3 个引出端。
能以最简单方式构成无工频变压器的反激式开关电源,其控制端属于多功能 引出端,可完成多种控制、偏置及保护功能,具有连续和不连续两种工作模式,反馈电路有 4 种基 本类型,能构成各种普通型和精密型开关电源。
5)开关频率的典型值为 100kHz,允许范围是 90~110kHz,占空比调节范围是 1.7%~67%。
6)外围电路简单,仅须接整流滤波器、高频变压器、漏极嵌位保护电路、反馈电路和输出电路。
7)因芯片本身功耗很低,电源效率高,可达 80%左右,最高可达 90%。
8)若将它配以低压差线性集成稳压器,则可构成一种新型复合式开关电源,既保留了开关电源体 积小、效率高的优点,又具有线性稳压电源稳定性好、纹波电压低等优良特性。
9)采用这种芯片能降低开关电源所产生的电磁干扰。
10)其工作温度范围是 0~70℃,芯片最高结温 Tom=135℃。
1.2 TOP227Y 内部框图 TOP227Y 的内部框图如图 1 所示,主要包括控制电压源、带隙参考基准电压源、振荡器、并联调 整器/误差放大器、门驱动级和输出级、脉宽凋制器、过流保护电路、关断/自动重启动电路、上 电复位电路、过热保护电路等。
TOP227Y 的基本工作原理是利用反馈电路的 Ic 来调节占空比,D,从而达到稳压的目的。
例如,当 输出电压 Vo↓时,经过光耦反馈电路使得 Ic→D→Vo↑,最终使 Vo 保持不变,具体工作原理请参阅 参考文献。
2 设计实例 根据技术要求,设计了一个输入为 AC 220 V,输出为 DC 5 V,20A 的大功率开关电源。
该开关电 源的基本电路结构框图如图 2 所示。
由于 TOPSwitch 集成度高,设计工作主要是外围电路的设计。
外围电路由输人整流滤波电路、箝位 保护电路、变压器、输出整流滤波电路及反馈电路 5 部分组成。
电路原理图如图 3 所示。
2.1 输入整流滤波电路设计 整流滤波电路包括输入交流滤波、整流和电容稳压 3 部分。
交流滤波采用 II 型滤波电路,具体参数 如下:去除共模干扰的 Co、C1、C1 为 10nF;去除差模干扰的 G2、G3,为 1µF;10mH,采取双线 并绕。
整流电路选择不可控的整流桥。
在当前供电条件下,电容 G4 的电容值可根据输出功率,每 W 对应 l µF。
假设整流桥中二极管导通时间为 tc=3ms, 可得电容的最小耐压值 (最小直流输入电压) 为
式中:VACmin 最小交流电网电压; Po 为输出总功率; η 为系统的效率,可选择 80%; f 为交流电网频率。
2.2 箝位保护电路设计 每个开关周期内,TOPSwitch 的关断将导致变压器漏感产生尖峰电压。
VR1 和 VD1 构成的箝位电 路防止了此电压对 TOPSwitch 的损坏,VR1 和 Vo1 的选择由反射电压 VOR 决定。
VOR 一般选择 为 135 V,VR1 嵌位电压 VCLD 可由经验公式 VCLO=1.5VOR 得出,VD1 的耐压值应大于最大直 流输入电压 Vmas 并选择快恢复二极管。
2.3 变压器设计 1)磁芯类型 为满足 TOP227Y 芯片 100 kHz 的工作频率,宜选用锰锌铁氧体磁芯,本设计选择 EE 一 42 型铁氧 体磁芯。
2)最大占空比 Dmax
式中:VOR 为次级反射到初级的反射电压,可选 135 V: VDS 为 TOP227Y 的通态电压,一般可选 10Y。
3)变压器初级自感 Lp
式中:fs 为 TOP227Y 的开关频率,选择 100 kHz 4)导线线径 在 100kHz 开关频率下,铜芯导线的穿透深度是 O.20~O.22mm,圆形铜芯导线的直径则是两倍 的穿透深度 O.40~0 44mm,再增加聚酯绝缘外层厚度 O.06mm,则导线测量绝缘外径为 O.46~ O.50mm,这里我们选用导线线径为 O.5mm。
5)每匝电压值 工作在反激状态下,绕组输出电压与每匝电压值成正比,确定各绕组匝数 N 前须确定每匝电压值。
6)变压器初、次级匝数 变压器匝数可以从选择次级绕组匝数开始。
对于输入电压为交流 220V 的电路,次级选择 O.6T/ V 即可满足要求。
根据变比再确定初级绕组的匝数。
2.4 输出整流滤波电路设计 输出整流滤波电路由整流二极管和滤波电容构成。
输出整流二极管的开关损耗占系统损耗的 1/6~ l/5,是影响开关电源效率的主要因素,它包括正向导通损耗和反向恢复损耗。
由于肖特基二极管 导通时正向压降较低,因此,其正向导通损耗低。
此外,肖特基二极管反向恢复时间短,在降低反 向恢复损耗以及消除输出电压中的纹波方面有明显的优势,故选用肖特基二极管作为整流二极管。
参照最大反向峰值电压选取肖特基二极管。
次级绕组的最大反向峰值电压为
式中:VSM 为次级绕组输出的最大反向峰值电压; VS 为次级绕组输出电压; Np 为初级绕组匝数; Ns 为次级绕组匝数; VAcmax 为变压器初级输入电压最大值。
2.5 反馈电路设计 反馈电路依据输出电压精度确定,本电源使用线性光耦+TL43l 方案,可以把输出电压精度控制在 ±1%。
电压反馈信号经分压网络引入 TL431 的 Ret 端,转化为电流反馈信号,经过光耦隔离后输 入 TOP227Y 的控制端。
光耦工作在线性状态,起隔离作用。
如果所选光耦的电流放大率上限超过 200%,容易造成 TOP227Y 过压保护动作,相反,若电流放大率下限小于 40%,占空比,D 将不能 随反馈电流的增大而减小,从而导致过流。
因此,应选择电流放大率范围接近 100%的光耦。
本疗 案选择 Siemens 的 CNY17—2(电流放大率为 63%~125%)。
3 电源性能测试及结果分析 根据以上设计,对采用 TOP227Y 的输出电压为 5 V,电流为 20 A 的开关电源的性能进行了测试。
实测结果表明,该开关电源工作在满载状态时,最大占空比为 0.42,电源的效率为 84%,纹波电 压控制、电压调节精度及电源工作效率都超过了以往采用控制电路与功率开关管相分立的拓扑结构 形式的开关电源。
4 结语 由于 TOP227Y 芯片内部集成有 PWM 控制器、功率开关 MOSFET 以及多种保护电路,所以,采用 该芯片设计出的开关电源具有体积小、重量轻、成本低、外围电路简单、效率及可靠性高等特点, 因而在电子设备中具有广泛的应用前景。
本文所设计的开关电源已应用于某电路中, 通过运行观察, 该开关电源的性能良好,取得了很好的应用效果。
。