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一种多路输出的高效率开关电源设计李文豪;杜培德;尹华【摘要】With the development trend of the electronic system based on diversiifed functions, and the more compact structure, it is necessary that the switch mode power supply achieve multi-channel output to meet the employment under the required volume. According to this analysis, our paper gives a introduction about the working principle and the design method of the non-isolated DC/DC converter includes multi-channel based on TPS40055PWP controller and LMZ14203 power modules both from TI, focusing on the technical dififculties and the corresponding solutions in the development process. Finally a demo board was designed based on the topology. Both simulation and test results showed that the circuit met design speciifcations.%伴随着电子系统功能多元化、结构小型化的发展趋势，要求开关电源在满足体积的条件下，能够实现多路输出以满足系统使用要求。
工程师：基于TOPSwitch的多路输出电源的设计引言 随着电力电子技术的不断发展，变频调速技术在工业传动领域的应用也越来越广泛，其中尤以交-直-交变频调速应用最为普遍。
交-直-交变频调速电路包括整流及逆变部分，其中逆变部分典型为6个开关单元(IGBT或MOS 管)，上、下臂各3个，也有的加上制动单元为7个开关单元。
因为上臂3个单元的控制触发脉冲信号的参考地是悬浮的，故触发脉冲一般需要相互隔离的4组电源(上臂3个单元分别供电，下臂共用一组电源)。
当然，若软件配合控制，给出充电脉冲，上臂3个单元的电源采用自举电路，则只用一组电源即可。
这里只讨论采用4组电源的情况。
逆变器的控制辅助电源有3个特点：1)具有多路输出电压。
本文介绍的电源就有5V、±15V、四组16V触发脉冲电源、12V偏置电源、24V共9路输出电压。
其中，5V、±15V输出电压共地，其余输出电压均为独立输出电压；2)四组脉冲电源要求输出电压一致性较好，稳压精度较高；3)四组脉冲电源要求能提供较大的瞬时功率，但平均功率较小。
要满足上述要求而又简单、成本低，采用美国PI公司的TOPSwitch系列产品不失为一种较好的选择。
TOPSwitch系列产品将MOS管和PWM控制器集成在一个芯片之中，外围电路十分简单，功率范围涵盖了数瓦到数百瓦，芯片封装形式多种多样，有的芯片还具有过温、过流及输入电压过、欠压等保护功能，能灵活适应许多电源的设计。
PI公司还推出了TOPSwitch系列产品的辅助设计软件，以方便使用者快速、准确地设计出所需要的电源。
笔者在做一个伺服控制器项目时其辅助电源就选用了TOPSwitch产品来设计，作为一个典型例子，下面简要介绍其设计方法及要点。
电路没计 电源设计要求 输入电压VIN范围：180VAc～240VAc。
各输出电压幅值及额定负载分别为：Vo1：5.8V，1A;Vo2：15V，0.2A;Vo3：-15V，0.2A;Vo4：24V，0.1A;Vo5：16V，0.2A;Vo6：16V，0.1A;Vo7：16V，0.1A;Vo8：16V，0.1A;VBIA：12V，0.02A。
多路输出开关电源的设计及应用原则引言对现代电子系统,即便是最简单的由单片机和单一I/O接口电路所组成的电子系统来讲,其电源电压一般也要由＋5V,±15V或±12V等多路组成,而对较复杂的电子系统来讲,实际用到的电源电压就更多了.目前主要由下述诸多电压组合而成：＋,＋5V,±15V,±12V,－5V,±9V,＋18V,＋24 V、＋27V、±60V、＋135V、＋300V、－200V、＋600V、＋1800V、＋300 0V、＋5000V包括一个系统中需求多个上述相同电压供电电源等.不同的电子系统,不仅对上述各种电压组合有严格的要求,而且对这些电源电压的诸多电特性也有较严格的要求,如电压精度,电压的负载能力输出电流,电压的纹波和噪声,起动延迟,上升时间,恢复时间,电压过冲,断电延迟时间,跨步负载响应,跨步线性响应,交叉调整率,交叉干扰等.2多路输出电源对于电源应用者来讲,一般都希望其所选择的电源产品为“傻瓜型”的,即所选择的电源电压只要负载不超过电源最大值,无论系统的各路负载特性如何变化,而各路电源电压依然精确无误.仅就这一点来讲,目前绝大多数的多路输出电源是不尽人意的.为了更进一步说明多路输出电源的特性,首先从图1所示多路输出开关电源框图讲起.从图1可以看到,真正形成闭环控制的只有主电路Vp,其它Vaux1、Vaux 2等辅电路都处在失控之中.从控制理论可知,只有Vp无论输入、输出如何变动包括电压变动,负载变动等,在闭环的反馈控制作用下都能保证相当高的精度一般优于％,也就是说Vp在很大程度上只取决于基准电压和采样比例.对Vaux1、Vaux2而言,其精度主要依赖以下几个方面：1T1主变器的匝比,这里主要取决于Np1：Np2或Np1：Np32辅助电路的负载情况.3主电路的负载情况.注：如果以上3点设定后,输入电压的变动对辅电路的影响已经很有限了. 在以上3点中,作为一个具体的开关电源变换器,主变压器匝比已经设定,所以影响辅助电路输出电压精度最大的因素为主电路和辅电路的负载情况.在开关电源产品中,有专门的技术指标说明和规范电源的这一特性,即就是交叉负载调整率.为了更好地讲述这一问题,先将交叉负载调整率的测量和计算方法讲述如下.电源变换器多路输出交叉负载调整率测量与计算步骤1测试仪表及设备连接如图2所示.2调节被测电源变换器的输入电压为标称值,合上开关S1、S2…Sn,调节被测电源变换器各路输出电流为额定值,测量第j路的输出电压Uj,用同样的方法测量其它各路输出电压.3调节第j路以外的各路输出负载电流为最小值,测量第j路的输出电压ULj.4按式1计算第j路的交叉负载调整率SIL.式中：ΔUj为当其它各路负载电流为最小值时,Uj与该路输出电压ULj 之差的绝对值；Uj为各路输出电流为额定值时,第j路的输出电压.根据上面的测试及计算方法可以将交叉负载调整率理解为：所有其它输出电路负载跨步变100％－0％时对该路输出电压精度影响的百分比. 多路输出开关电源由图1原理所构成的实际开关电源,主控电路仅反馈主输出电压,其它辅助电路完全放开.此时假设主、辅电路的功率比为1：1.从实际测量得主电路交叉负载调整率优于％,而辅电路的交叉负载调整率大于50％.无论开关电源设计者还是应用者对大于50％的交叉负载调整率都将是不能接受的.如何降低辅电路交叉负载调整率,最直接的想法就是给辅助电路加一个线性稳压调节器包括三端稳压器,低压差三端稳压器如图3所示.从图3可知,由于引入了线性稳压调节器V,所以在辅路上附加了一部分功率损耗,功率损耗为P=而要使辅电路的交叉负载调整率小,就必须有意识地增大线性调整器的电压差,即就是要有意识增大,其带来的缺点就是增加了电源的功率损耗,降低了电源的效率.以图1及图3原理为基础设计和应用电源时,应注意的原则为：1主电路实际使用的电流最小应为最大满输出电流的30％；2主电路电压精度应优于％；3辅电路功率最好小于主电路功率的50％；4辅电路交叉负载调整率不大于10％.改进型多路输出开关电源在很多应用场合中,要求2路输出的功率基本相当,比如±12V/0.5A,±1 5V/1A.我们通过多年的实践,设计了如图4所示的电路,能较好地达到提高交叉负载调整率的目的.图4电路设计思想的核心有以下2点.1将正负2路输出滤波电感L1、L2绕制在同一磁芯上,采用双线并绕的方法,从而保证L1、L2电感量完全相同.并注意实际接入线路时的相位差模方法关系,这种滤波电感的连接方法使2路输出电流的变化量相互感应,在一定程度上较大地改善了2路输出的交叉负载调整率.2从图4可以看到,采样比较器Rs1、Rs2不像图1那样接到主电路Vp上,而是直接跨接到正负电源的输出端上,并且逻辑“地”不是电源的输出地,而是以负电压输出端作为采样比较和基准电压的逻辑“地”电位.这样采样误差将同时反映出正、负2路输出的电压精度变化,对正、负2路同样都存在有反馈作用,能在很大程度上改进2路输出的交叉负载调整率.以±15V/1A电源为例,采用图4的电路设计,实测得的2路交叉负载调整率优于2％.以图4原理为基础设计和应用电源时,应注意的原则为：12路最好为对称输出功率对称,电压对称,无明显的主、辅电路之分,比如我们常用到的±12V,±15V等都属于此类；22路输出电压精度要求都不是太高,1％左右；32路输出交叉调整率要求相对较高,2％左右.下面介绍一种通用性极强的3路电源设计方案,如图5所示.从图5可以看到,主＋5V输出与辅路±Vout可以是±15V或±12V输出电路不但反馈相互独立,而且其PWM脉宽调制器,功率变换和变压器都是相互独立的.可以将此3路电源看成是由相互独立的1个＋5V电源和1个±Vout电源共同组合而成.为了进一步减少二者之间的相互干扰和降低各自输出电压纹波的峰－峰值,应当进一步减小各独立电源的输入反射纹波一般纹波峰－峰值应小于50mV,纹波有效值应小于10mV和采用同步工作方式.高频磁放大器稳压器在多路输出电源中,输出电路经常采用高频磁放大稳压器,它以低成本、高效率、高稳压精度和高可靠性,而在多路输出的稳压电源中得到了广泛应用.磁放大器能使开关电源得到精确的控制,从而提高了其稳定性.磁放大器磁芯可以用坡莫合金,铁氧体或非晶,纳米晶又称超微晶材料制作.非晶、纳米晶软磁材料因具有高磁导率,高矩形比和理想的高温稳定性,将其应用于磁放大器中,能提供无与伦比的输出调节精确性,并能取得更高的工作效率,因而倍受青睐.非晶、纳米晶磁芯除上述特点外还具备以下优点：1饱和磁导率低；2矫顽力低；3复原电流小；4磁芯损耗少；磁放大输出稳压器没有采用晶闸管或半导体功率开关管等调压器件,而是在整流管输出端串联了一个可饱和扼流圈如图6所示,所以它的损耗小.由图6可知,磁放大稳压器的关键是可控饱和电感Lsr和复位电路.可控饱和电感是由具有矩形BH回线的磁芯及其上的绕组组成,该绕组兼起工作绕组和控制绕组的作用.复位RESET是指磁通到达饱和后的去磁过程,使磁通或磁密回到起始的工作点,称为磁通复位.由于磁放大稳压器所用的磁芯材料的特点良好的矩形BH回线及高的磁导率,使得磁芯未饱和时的可控饱和电感对输入脉冲呈现高阻抗,相当于开路,磁芯饱和时可控饱和电感的阻抗接近于0,相当于短路.目前开关电源工作频率已提到几百kHz以上,磁放大器在开关电源中的广泛应用对软磁材料提出了更高的要求.在如此高的频率下,坡莫合金由于电阻率太低约60μΩcm导致涡流损耗太大,造成温升高,效率降低,采用超薄带和极薄带虽能有所改善,但成本将大幅度上升；铁氧体具有很高的电阻率大于105μΩcm,但其Bs过低,居里点也太低.由于工作环境恶劣,对材料的应力敏感性、热稳定性等都有严格要求,上述材料是很难满足要求的.非晶合金的出现大大丰富了软磁材料.其中的钴基非晶合金具有中等的饱和磁感应强度,超微合金具有较高的饱和磁感应强度,它们都具有极低的饱和磁致伸缩系数和磁晶各向异性.钴基非晶和超微晶在保持高方形比的同时可以具有很低的高频损耗,用于高频磁放大器中,可大大提高电源效率,大幅度减小重量、体积,是理想的高频磁放大器铁芯材料.3高频磁放大输出稳压器典型应用电路图7所示的多路输出电源,其主路为闭环反馈PWM控制方式,辅路为磁放大式稳压电源.由于辅路磁放大输入电压波形受控于变压器主、辅绕组比,以及主路的工作状态主路输出电压的高低和主路负载的高低等,所以辅路的交叉负载调整率仍然不能够达到理想的状态.图8所示是一种完全利用磁放大器稳压技术设计的多路输出稳压电源.此电源前级为双变压器自激功率变换电路,后级多路输出均为磁放大器稳压电路.并且各路之间无关,前后级之间无反馈,无脉宽调制器PWM.此电路的优点如下：1电路结构简单,使用元器件数量少,除了两只功率管以外,其它元器件均是永久性或半永久性的,可靠性极高,制作也很方便；2电路中没有隔离反馈放大器,因此调整极其容易,而且一旦调整好后就无须维护,前级变换功率取决于后级总输出功率；3各路的输出特性相互独立,独自调整稳压,无主、辅路之分,所以,各输出电路的负载调整率的交叉负载调整率都非常理想,小于05％；4磁放大器在功率开通瞬间,处于“开路”状态,功率管在此刻的导通电流趋近于零,因而,损耗减到了最低限度,这有利于变换器的高频化和高效率；5由于前级功率变换器为不调宽的纯正方波,以及后级接了磁放大器,这样可以大幅度地降低输出纹波的峰－峰值,普通PWM型电源的输出纹波大约为输出电压标称值的1％左右,而采取带磁放大器的整流电路,纹波的峰－峰值可比较容易地降低到％左右.上述磁放大型稳压电源的综合电特性都是其它PWM隔离负反馈多路电源所无法比似的.尤其对多路电源实际应用来讲,可以对电源内部特性和电子系统的负载特性不予考虑,拿来就能使用,用上就无问题.但是,现代磁放大型稳压电源还存在如下一些问题,有待解决.1电路形式需进一步完善尤其是电源前级功率变换电路,应加入过、欠压保护,过流、短路保护,电源使能端.2进一步提高工作频率,以便减小体积.3进一步提高效率,减小磁损.4结语综合上述,对多路电源应用者而言,可以根据电子系统用电情况,更切实际地提出所用电源的特性参数.对多路电源设计者而言,可以更多更系统地了解现今多路电源设计方法,减少新产品的开发周期,做到事半功倍.。
多路输出开关电源的设计及应用原则1 引言对现代电子系统，即便是最简单的由单片机和单一I/O接口电路所组成的电子系统来讲，其电源电压一般也要由＋5V，±15V或±12V等多路组成，而对较复杂的电子系统来讲，实际用到的电源电压就更多了。
目前主要由下述诸多电压组合而成：＋3.3V，＋5V，±15V，±12V，－5V，±9V，＋18V，＋24V、＋27V、±60V、＋135V、＋300V、－200V、＋600V、＋1800V、＋3000V、＋5000V（包括一个系统中需求多个上述相同电压供电电源）等。
不同的电子系统，不仅对上述各种电压组合有严格的要求，而且对这些电源电压的诸多电特性也有较严格的要求，如电压精度，电压的负载能力（输出电流），电压的纹波和噪声，起动延迟，上升时间，恢复时间，电压过冲，断电延迟时间，跨步负载响应，跨步线性响应，交叉调整率，交叉干扰等。
2 多路输出电源对于电源应用者来讲，一般都希望其所选择的电源产品为“傻瓜型”的，即所选择的电源电压只要负载不超过电源最大值，无论系统的各路负载特性如何变化，而各路电源电压依然精确无误。
仅就这一点来讲，目前绝大多数的多路输出电源是不尽人意的。
为了更进一步说明多路输出电源的特性，首先从图1所示多路输出开关电源框图讲起。
从图1可以看到，真正形成闭环控制的只有主电路Vp，其它Vaux1、Vaux2等辅电路都处在失控之中。
从控制理论可知，只有Vp无论输入、输出如何变动（包括电压变动，负载变动等），在闭环的反馈控制作用下都能保证相当高的精度（一般优于0.5％），也就是说Vp在很大程度上只取决于基准电压和采样比例。
对Vaux1，Vaux2而言，其精度主要依赖以下几个方面：1）T1主变器的匝比，这里主要取决于Np1：Np2或Np1：Np32）辅助电路的负载情况。
3）主电路的负载情况。
注：如果以上3点设定后，输入电压的变动对辅电路的影响已经很有限了。
多路输出开关电源的设计及应用原则多路输出开关电源是一种电力电子设备，它可以从交流电源中提供多个不同电压和电流的直流电输出。
在设计和应用多路输出开关电源时，有几个重要的原则需要考虑。
1. 选定合适的开关电源拓扑结构：多路输出开关电源可以采用多种拓扑结构，例如非隔离型Buck、Boost、Buck-Boost和隔离型Flyback、Forward等。
选择合适的拓扑结构需要考虑输出电压、输出功率和成本等因素。
2. 合理设计输出电压和电流的等级：多路输出开关电源通常需要提供不同电压和电流级别的输出。
在设计时，应根据实际需求合理确定输出电压和电流的等级，并确保满足负载的功率需求。
3. 增加输出电压和电流的调节功能：多路输出开关电源应具备电压和电流的调节功能，以满足不同负载的需求。
可以通过采用可调电压稳压器（例如LM317）或数字控制芯片（例如TL494）来实现。
4. 合理设计电源滤波电路：多路输出开关电源需要具备良好的电源滤波电路，以降低输入和输出端的电磁干扰。
可以采用电容、电感和磁珠等元件来设计滤波电路，并确保滤波效果良好。
5. 保证输出电压和电流的稳定性：输出电压和电流的稳定性是多路输出开关电源设计中的重要指标。
可以采用反馈控制回路和稳压芯片等来保证输出电压和电流的稳定性。
多路输出开关电源的应用范围广泛，常见应用包括：1. 电子设备：多路输出开关电源可以为电子设备提供不同电压和电流的直流电源，例如计算机、通信设备、工业自动化设备等。
2. 医疗设备：多路输出开关电源可以为医疗设备提供稳定、可靠的电源，例如医用仪器、电子监护设备等。
3. 光电设备：多路输出开关电源可以为光电设备提供适合的电压和电流，例如LED照明、激光器、光纤通信设备等。
4. 电源适配器：多路输出开关电源可以用作电源适配器，为各种便携电子设备充电，例如手机、平板电脑、笔记本电脑等。
需要注意的是，在使用多路输出开关电源时，应确保正确安装和连接，避免电气安全问题。
基于TOP247Y的电机伺服系统用多路开关电源设计李君;曾岳南【摘要】文中设计了一种基于TOPSwitch-GX系列的电机伺服系统用多路单端反激式开关电源。
该电源给系统控制板以及功率器件驱动电路提供5路＋15 V、1路-15 V、1路＋5 V独立电源,输出功率达到46 W。
主要介绍了TOPS-witch-GX 系列芯片的特点、开关电源辅助电路设计依据,着重分析了高频变压器的设计步骤,最后设计了基于TL431和光耦PC817的反馈补偿网络保证输出电压的稳定性。
%A multi-channel single-end flyback switching power supply is designed for a motor servo system based on TOPSwitch-GX.The power supply to the system control panel and power device driving circuit 5 roads,＋15 V,1 road-15V,1 road,＋5 V separated power supplies and output power of 46 W.This paper mainly introduced the TOPSwitch-GX series chips feature,switching power supply auxiliary circuit design basis,focus on analyzes the design procedure of high frequency transformer,finally designes feedback compensation network based on TL431 and PC817 to ensure the stability of the output voltage.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2012(029)001【总页数】4页(P8-11)【关键词】开关电源;反激式;TOPSwitch;高频变压器【作者】李君;曾岳南【作者单位】广东工业大学自动化学院,广东广州510006;广东工业大学自动化学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】TM5610 引言本文介绍了一种多路输出的单端反激式开关电源的设计方法，该电源主要是为功率开关器件的驱动电路以及系统控制板提供稳定可靠的电压。
多路输出反激式开关电源的反馈环路设计引言开关电源的输出是直流输入电压、占空比和负载的函数。
在开关电源设计中，反馈系统的设计目标是无论输入电压、占空比和负载如何变化，输出电压总在特定的范围内，并具有良好的动态响应性能。
电流模式的开关电源有连续电流模式(CCM)和不连续电流模式(DCM)两种工作模式。
连续电流模式由于有右半平面零点的作用，反馈环在负载电流增加时输出电压有下降趋势，经若干周期后最终校正输出电压，可能造成系统不稳定。
因此在设计反馈环时要特别注意避开右半平面零点频率。
当反激式开关电源工作在连续电流模式时，在最低输入电压和最重负载的工况下右半平面零点的频率最低，并且当输入电压升高时，传递函数的增益变化不明显。
当由于输入电压增加或负载减小，开关电源从连续模式进入到不连续模式时，右半平面零点消失从而使得系统稳定。
因此，在低输入电压和重输出负载的情况下，设计反馈环路补偿使得整个系统的传递函数留有足够的相位裕量和增益裕量，则开关电源无论在何种模式下都能稳定工作。
1 反激式开关电源典型设计图l是为变频器设计的反激式开关电源的典型电路，主要包括交流输入整流电路，反激式开关电源功率级电路(有PWM控制器、MOS管、变压器及整流二极管组成)，RCD缓冲电路和反馈网络。
其中PWM控制芯片采用UC2844。
UC2844是电流模式控制器，芯片内部具有可微调的振荡器(能进行精确的占空比控制)、温度补偿的参考基准、高增益误差放大器、电流取样比较器。
开关电源设计输入参数如下：三相380V工业交流电经过整流作为开关电源的输入电压Udc，按最低直流输入电压Udcmin 为250V进行设计；开关电源工作频率f为60kHz，输出功率Po为60W。
当系统工作在最低输入电压、负载最重、最大占空比的工作情况下，设计开关电源工作在连续电流模式(CCM)，纹波系数为0．4。
设计的开关电源参数如下：变压器的原边电感Lp=4．2mH，原边匝数Np=138；5V为反馈输出端，U5V=5V，负载R5=5Ω，匝数N5V=4，滤波电容为2个2200μF／16V电容并联，电容的等效串联电阻Resr=34mΩ；24V输出的负载R24=24Ω，匝数N24V=17；15V输出的负载R15=15Ω，匝数N15V=1l；一1 5V输出的负载R-15V=15Ω，匝数N-15V=11。
设计创新科技创新与应用Technology Innovation and Application2018年11期多路输出开关电源设计王杰(上海海事大学，上海201306)摘要：安森美半导体公司的NCP1252是一款电流模式PWM控制器，它使用内部固定的定时器，可以不依赖于辅助电压来检测输出过载。
文章介绍了基于NCP1252芯片的多路输出开关电源设计，分析了开关电源的工作原理，给出了设计步骤。
该开关电源可提供软起动、短路保护、过流保护等功能，并将该电源成功用于某型雷达收发机，验证了分析、设计的有效性。
关键词：NCP1252芯片；多路输出；开关电源中图分类号:TN86 文献标志码：A 文章编号=2095-2945(2018)11-0086-02Abstract: The ON Semiconductor's NCP1252 is a current-mode PWM controller that uses internally fixed timers to detect output overload without relying on auxiliary voltages. This paper introduces the design of multi -output switching power supply based on NCP1252 chip, analyzes the working principle of switch power supply, and gives the design steps. The switching power supply can provide soft start, short circuit protection, over-current protection and so on. The power supply has been successfully used in a certain type of radar transceiver, which verifies the effectiveness of the analysis and design.Keywords: NCP1252 chip; multiplex output; switching power supply引言电源如同人的心脏，为各种电子设备提供电能，性能 优劣直接影响到整个电子系统的稳定性。
应用于交流伺服系统多路输出开关电源设计摘要：交流伺服系统是基于交流电机的伺服系统，其主要功能是使得系统的输出值能平稳而迅速地达到输入的预定值。
用以实现功率传输和电能变换的电源设备，是交流伺服系统正常工作的基础。
介绍了一种基于TOPSwitch-II 集成芯片的反激式开关电源，分析了TOPSwitch-II 的特性和工作原理，基于原理分析和实验调试，设计了一款功率为75W 的样机，对其整流滤波电路、箝位保护电路、变压器、反馈电路的设计进行了重点论述，在永磁同步电机交流伺服控制器中的应用表明，电源设计满足伺服系统辅助电源的设计要求。
1.引言与直流电机相比，交流电机不需要换向器和电刷，其结构更加简单。
调速范围宽、稳态精度高、动态响应快、转子惯量小、输出功率大等诸多优点，使得交流电机在工业生产中得到较广泛地应用[1]。
对伺服系统供电的电源性能的优劣，直接关系到整个系统的安全性和稳定性[2]。
开关电源与低效率的线性电源相比，因为其效率高、体积小、重量轻而受到广泛地关注[3]。
美国PI 公司生产的开关电源专用集成芯片TOPSwitch-II，是一种将PWM 和MOSFET 合二为一的新型芯片，此系列芯片以其体积小、重量轻、价格低等优势，一经推出便得到广泛的应用，展示了良好的应用前景。
2.TOPSwitch-II 工作原理TOPSwitch-II芯片，将脉宽调制(PWM)控制系统的全部功能集成在一起，结构简单，只有三个引出端，分别为控制端C、源极S和漏极D[4]。
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,真正实现无工频变压器、隔离式开关电源单片集成化,使用安全可靠。
TOPSwitch-II是电流控制型开关电源，控制端提供偏压Uc，对电流Ic的大小进行控制，就能连续调节脉冲占空比，实现脉宽调制。
占空比D与控制端电流Ic呈线性关系(图1)。
由图1 可知，在Ic=2.0~6.0mA 范围内，当Ic↑时D↓，Ic↓时D↑。
ICD1 是并在C-S 极旁路电容的放电电流，为1.2mA 或1.4mA;IB 是外部偏置电流，[$page] 3.多路开关电源设计原理TMS320F2812 是控制板中的最重要的器件一。
它每秒可执行1.5 亿次指令，具备卓越的数据处理能力。
对该芯片供电的优劣，直接影响控制板工作的可靠性。
由于芯片的供电电压是3.3V，考虑到控制的需要，总共需要两路+5V 供电，分别是模拟5V和数字5V。
另外，控制板还有±15V 供电的芯片。
IPM 模块是交流伺服系统最重要的器件之一。
它一般使用IGBT 作为功率开关元件，内藏电流传感器及驱动电路的集成结构，尤其适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源。
本系统所使用的IPM，总共需要4 路电气隔离的+15V 电源。
综上所述，伺服系统需要+15V、-15V 和+5V三种电压等级供电,故需要设计一个能够提供上述电压等级的辅助电源。
电源设计参数如下：① 输入电压：VAC;② 输出电压：U2~U9;③ 最小功率：Pomin;④ 最大功率：Pomax;⑤ 转换效率：η;⑥ 开关频率：fs;⑦ 最大占空比：Dmax。
根据如上设计技术指标，需要从如下几个部分进行。
3.1 输入整流滤波电路输入整流滤波电路采用Π型滤波(图2)：其中C17、C18 为差模电容，抑制差模干扰;C19、C20 为共模电容，抑制共模干扰;滤波电感L1 采用双线并绕。
采用不可控的整流桥，整流器件的额定电流有效值ID，必须满足在低电压输入时最大平均电流值，则：V (2)图2 中，输入滤波电容C21 的容值，可以按照比例系数1~3μF/W 与输出最大功率Pomax 的乘积进行取值。
⨯= P (1)式中，VACmin 为交流输入电压最小值;PF 为功率因数，一般取0.5。
反向阻断电压VR，按高电压输入进行计算：max R 1.25 2 AC V -V PF η≥1D 2( AC min ) omax I3.2 变压器单端反激式开关电源中的变压器，在开关管开通时，储存能量，阻断时释放能量而对负载供电[5]。
对于多路输出，如果要求每路输出电压均具有高精度，则每路均需要有闭环的稳压回路。
对于本设计的多路输出，U3 输出这一路精度要求较高，对这一路输出需加闭环控制，其它几路要求相对不高，不需要闭环控制。
3.2.1 变压器铁芯一般选软磁铁氧体作为变压器铁芯，根据式(3)~(4)确定铁芯型号。
8 1max max ( ) 2 10 ( C ) o ON SQ B K K j P T 计 (3)式中，S 为铁芯的截面积(cm2);Q 为铁芯的窗口面积(cm2)。
Bs 为选用的铁氧体饱和磁感应强度，考虑到高温时Bs会下降，选定工作最大磁感应强度Bm;TONmax为最大占空比Dmax对应的TOPSwitch-II 最大导通时间;△B 为铁芯磁感应强度的变化量，工作磁感应强为B，最小功率与最大功率的比值为K。
上述几个量相互之间的对应关系为：式中，Kc 为铁芯填充系数，Kμ为窗口利用系数，j为导线电流密度。
在确定铁芯型号时，铁芯实际的截面积与窗口面积乘积SeQe，应不小于SQ。
[$page] 3.2.2 原边电感和气隙P T (7)3.2.3 原副边绕组匝数计算及电感校核图2 中，原副边绕组匝数N1~N10，按式(8)~(17)μ-S B ηK=δ(6)式中， f 为工频交流电网频率; t 为二极管的导通时间，一般取3ms。
铁芯所开气隙δ为：8 2 10 max 10 (2 e ) o S ⎦⎤ t P -- f --C η- V ⎣⎡= (5)式(5)中，Uimin 为变压器原边直流输入电压最小值，文献[6]指出，它与VACmin 的关系为：2 1 1 1 1/2min min 21 max i 2 AC 2( ) (2 ) o U η U T - P T =反激式开关电源，当工作在连续工作模式时，电感电流临界连续，变压器原边绕组最小电感值L1min 为：1 2 21min min min max (2 o S ) i ON L(12)+-=- n (11)反馈绕组电压为U10，匝数为N10，考虑到超快速二极管压降U12D，同理得：1110 max 10 12 max min ( ON )( D ) ON i n T T U U T U = n = n = n = n = (10)15 16 17 18 19 14 n +-=-114 max 4 15 max min ( ON )( D ) ON i n T T U U T U ] (9)U4~U9 输出，匝数为N4～N9。
考虑到超快速二极管压降U15D，同理得：+-==-113 12 max 2 5 max min ( ON )( D ) ON i n n T T U U T U ] (8)(1)匝比计算：U2~U3 输出，匝数为N2、N3。
考虑到肖特基二极管压降U5D，由反激电路输入输出电压关系可以得到：⎦⎤δL -S μ⎣⎡=计算：4 1 1/21 0 1min 10 ( e ) NU N (15)+ U -U + U = n (14)14 2 5 4 15 2 ( D ) ( D ) N ⨯ N = N (13)以U2 为参考标准，计算其它副边绕组匝数及重新计算原边匝数：1 2 12 N -(n )= N =(2)各绕组匝数计算：12 3 12 1 NV (21)式中，N’1 为校核后的原边匝数。
3.4 反馈电路光耦反馈电路实际由两部分构成：①由反馈绕组N10、高频整流滤波器构成的非隔离式反馈电路，反馈电压U10 为光敏晶体管提供偏压;②由取样电路、TL431、PC817 构成的隔离式反馈电路，它将输出电压U3 的变化量直接转换为控制电流Ic：在Ic=2~6mA 的范围内，输出电压U3 减小时，经过光耦反馈电路使得Ic 减小，D 增大，U3 增大，最终保证输出电压稳定。
4.八路开关电源设计及性能测试4.1 参数设计考虑IPM 和DSP 及其他芯片的工作电流，功率选为75W。
由TOPSwitch-II 最大输出功率与型号= (20)12 max 2 AC U ' N- 1.5U (N )= (19)式中，γ为铜线的电导率。
在确定导线线径时，其值不能超过2△。
3.3 箝位保护电路采用瞬态电压抑制器(TVS)和超快恢复二极管(SRD)组成的箝位电路。
电路的主要原理是利用TVS 的瞬态电压抑制特性来抑制脉冲电压[7]：当TVS 管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。
D11 为TVS，它与D12(SRD)组成箝位电路，如图2 所示。
D11 承受的耐压值U11、D12 承受的耐压值U12 分别按式(20)、式(21)计算：111 2 2 1 U -γμ f π=∆ S (18)式(18)的计算结果应不小于式(5)的值。
同理，可计算出副边各个绕组最小电感值。
考虑高频集肤效应，当开关频率为fs 时，铜线的透入深度△为：1/20 ( s ) μ N -δ-=U N (17)式(13)~(17)实际取值时，因为匝数一般都取整数，故需对上述计算值进行进位取整(例如计算结果为7.13 和7.83 时，均取为8)。
(3)原边电感校核：’ 8 1 ’21min 1 0 10 c L + U -U + U = N4 (16)110 2 5 10 12 2 ( D ) ( D ) N = N9 = N8 = N7 = N6 =N5故需对上述计算值进行进位取整(例如计算结果为的关系，选择TOP226Y。
按照上述分析，设计了基于TOP226Y 的八路输出开关电源，其电路原理图，如图2 所示，设计物理量及数值如表1 所示：表1 八路输出开关电源设计物理量及数值[$page] 在绕制变压器时，选择了EI33 型铁芯。
为了使得各输出绕组间紧密耦合，先绕N1 的一半，再绕N10，之后依次绕N2~N9，最后绕N1 的另一半。
变压器的各个绕组电感测量值和最小计算值如表2 所示：表2 变压器各个绕组电感测量值与最小计算值比较图2 开关电源电路原理图从表2 可以看出，变压器各个绕组电感测量值均不小于最小计算值，满足设计要求。
另外，将副边绕联立式(1)~(20),结合表1，可以求得开关电源各个主要待定物理量(按公式排列顺序)如表3 所示：表3 八路输出开关电源待定物理量及数值[$page] 4.2 性能测试交流输入电压给定187~253V 时，对开关电源进行了上电试验。
