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PI方案TOP247开关电源一.电路结构分析由TOP247YN构成的三路隔离输出+ 15V、+15V和+5V开关电源电路如图所示。
其输入电压变化范围为20-30V DC和85-265V AC。
整流桥型号为RS205，参数为反向耐压600V，最大可通过电流2A。
初级保护电路由箝位电路（D5、D8）构成，能有效抑制因高频变压器存在漏感而产生的尖峰电压，保护TOP247YN内部的功率开关管不受损坏。
D8采用P6KE200A型瞬变电压抑制二极管（TVS），其反向击穿电压UB=200V。
V5选用的是UF4007型超快恢复二极管（SRD）。
C5为VCC端的旁路电容。
D6和C13组成反馈线圈输出端的高频整流滤波器。
次级高频整流管采用大电流、低压降的肖特基二极管，型号为21DQ10（3A/100V）。
同时还使用了UF4007。
后面还有滤波电路，输出端接有假负载。
铁氧体磁芯型号为EE25。
为防止发生磁饱和现象，需要加入一定的气隙。
二．可以改进的方面以上是直接测绘的变送器开关电源部分电路得到的电路图。
经过分析，还有可以改进的地方，主要有以下两个方面。
1.还可以在变压器的初级加上RC吸收电路，即在D8上并联R=68kΩ/2W，C=4.7nF/1000V。
2.输出滤波部分，滤波电容值较小、没有接电感，这样会导致输出电压波动较大，而且在输出端接有保险管，不知是何用意。
三．核心部分的分析计算另外，还有两个需要注意的方面，需要进行更加详细的分析和计算，才能对电路的工作原理有更加深入的认识。
1．TOP247YN的外部管脚接法。
TOP247YN属于PI（Power Integration）公司推出的第四代TOPSwitch-GX系列单片开关电源芯片。
芯片共有六个引脚，除了必需的C（控制）、D（漏极）、S（源极）外，还具有三个特色引脚L（线电压检测）、X（外部限流）、F（频率）。
线电压检测引脚可以实现过压（OV）、欠压（UV）等功能；外部限流引脚可以实现外部限流调节、远程开/关控制；频率引脚可以控制开关频率为66kHz或者132kHz。
第一作者:张丹红(19682),女,副教授,从事智能控制理论与应用、电源技术的研究。
基于T O PSw itch 2GX 系列芯片的开关电源设计与实现3张丹红, 李 乐(武汉理工大学自动化学院,湖北武汉 430070)摘 要:介绍了美国Power I ntegrati on 公司最新研制的开关电源集成芯片T OP 2S witch 2GX 系列的主要特点,设计了一款基于此系列芯片的多路输出单端反激式开关电源,阐述了设计的主要步骤,给出了设计注意事项及试验结果。
关键词:开关电源;反激式;脉宽调制;设计中图分类号:T N 86 文献标识码:B 文章编号:100125531(2006)0720032204D esi gn and Rea li za ti on of Sw itch i n g Power SupplyBa sed on TO PSw itch 2GX Fam ily Ch i pZHAN G D an 2hong, L I L e(School of Aut omati on,W uhan University of Science and Technol ogy,W uhan 430070,China ) Abstract:The main characteristics of the ne w T OPS witch 2GX which is an integrated s witched mode powersupp ly chi p p r oduced by Power I ntegrati on cor porati on of United States were intr oduced .The design of multi p le out put single ended flyback s witching power supp ly with GX serieswas p r oposed .The chief step s of the p r ojectwere exp lained in detail .Finally,the key points which should be paid attenti on t o during the design and the experi m ent result were given .Key words:sw itch i n g power supply;flyback;pulse w i dth m odul a ti on (P WM );desi gn3基金项目:武汉市青年科技晨光计划基金资助项目(20035002016205)0 引 言T OPS witch 2GX 系列开关电源集成芯片是美国Power I ntegrati on 公司最新推出的一组功能芯片,可广泛应用于各种中、小功率开关电源及电源模块中。
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。
电源设计需要考虑有关半导体器件、模拟电路、数字电路、电磁特性、电磁兼容性、热力学等多方面。
传统设计方法要靠人工来完成，其步骤繁琐、工作量大、效率低。
而电源模块SG3525或UC3842的外围电路又较复杂，电路中某个元器件参数稍不合适。
电源就不能稳定工作。
为此，本文给出了采用PI Expert电源设计软件对电源模块进行设计基本方法。
1 TOPSwitch—GX系列产品的性能特点PowerIntegration公司在第三代单片开关电源TOPSwitch—FX基础上推出的第四代单片开关电源TOPSwitch—GX系列芯片。
其最大输出功率已扩展到290 W。
由于将高压功率MOSFET、PWM控制、故障保护和其它控制电路高性价比地集成在单片CMOS芯片上，再加上其可在启动时消除过冲、降低元件应力的软起动、小EMI频率抖动、欠压保护和过压关断、可编程限流和独有的Ecosmart 节能等技术。
该芯片可大大简化电路设计，缩短设计周期。
与 TOPSwitch—FX 相比，TOPSwitch—GX系列产品有如下优点：◇输出功率可扩展到290 W；◇新增加了线路检测端(L)和从外部设定极限电流端(X)这两个引脚，用于代替TOP-Switch—FX的多功能端(M)的全部控制功能，使用更加灵活、方便；◇具有更高的占空比，输出功率更大、输入电容更小;◇有分开的线路检测端与电流限制端；◇线路前馈缩小了最大占空比，以抑制脉动纹波，并在电网电压较高时起限制作用；◇工作频率提高到132 kHz，减少了变压器和电源的尺寸；◇当开关电源的负载很轻时，能自动将开关频率从132 kHz降低到30 kHz(半频模式下则由66 kHz降至15 kHz)，这样，可降低开关损耗，进一步提高电源效率；◇采用先进的节能技术，功耗低，在110VAC时为80 mW，在230VAC时为160 mW。
2 基于TOPSwitch—GX的多路输出设计PI Expert电源设计软件是PI公司开发的简单易用、节省时间的创新设计工具。
基于TOPSwitch的开关电源设计TOPSwitch是一种高性能开关电源集成电路，被广泛用于各种电子设备中。
本文将介绍基于TOPSwitch的开关电源设计。
开关电源是一种将交流电转换为直流电的设备，具有高转换效率、体积小、重量轻和稳定性好等优点。
而TOPSwitch是一个集成了开关管、调制器、电流检测和保护电路的芯片。
其独特的设计可以实现高效能、高可靠性、低成本和紧凑尺寸。
首先，在进行开关电源设计之前，我们需要明确设计的需求和目标。
比如输出电压、输出电流、效率要求、稳定性要求等。
这些因素会直接影响到电源设计的参数选择和电路设计。
其次，确定所需的输入电压范围和输出电压范围。
TOPSwitch支持宽输入电压范围，所以我们可以根据实际需求选择合适的输入电压范围。
接下来，选择合适的电感和电容。
电感和电容是开关电源中非常重要的元件，能够存储和释放能量。
在TOPSwitch设计中，电感的选择要根据输入和输出电压以及预期的输出电流来确定。
而电容的选择则需要考虑输入电压的纹波、输出电压的稳定性和输出电流的需求。
在电路设计方面，我们需要根据TOPSwitch的数据手册来设计输入滤波电路、整流电路、开关管控制电路、输出滤波电路等。
这些电路的设计需要考虑到输入和输出电压的稳定性、电流的保护，以及电流和电压的控制等。
在设计过程中，还需要注意热管理。
由于开关电源会产生一定的热量，所以我们需要设计散热器来散热，以确保电源的正常运行和使用寿命。
最后，我们需要对设计的开关电源进行测试和验证，以确保其满足设计要求和性能指标。
测试内容包括输入输出电压的稳定性、效率、温度、波形和电流等。
综上所述，基于TOPSwitch的开关电源设计需要综合考虑输入输出电压、电流、效率、稳定性和保护等因素，并按照数据手册的要求设计合适的电路和元件。
通过测试和验证，确保设计的开关电源满足设计要求和性能指标。
TOPSwitch的独特设计和高性能使其成为一种理想的选择，被广泛应用于各种电子设备中。
1芯片的选择要求输入为交流宽范围电压（85～265V ）、输出电压Uo 为+12V 、输出功率Po 为30W 、效率>80%。
根据查表得出：TOP244U o =+12V η=78.5%P D =2.7W（P D 为芯片功耗）TOP245U o =+12V η=80.5%P D =2.0W TOP246U o =+12V η=81.6%P D =1.5W据此参数并考虑到芯片的功耗及散热因素，决定采用TOP246Y （如果空间较大，散热条件较好也可采用TOP245，价格要低一点）。
2变压器的选择高频变压器是储存和传递能量的主要部件，它的好坏直接影响电源的性能。
根据设计软件提供选择E25/13/7其参数为S J =0.52cm 2，b =15.3mm ；EEL25其参数为S J =0.404cm 2，b=22mm ，此数据在下面的迭代运算中再确定采用哪一种符合要求。
采用反激式变压器，开关频率为132kHz ，首先确定U OR 、U Imin 、U B 、U DS(ON)。
U OR 为初级感应电压，在通用输入电压下取135V 、U Imin 为直流输入最小值，一般取90V 、UB 为钳位电压，取200V 、U DS(ON)为功率开关管导通时的压降，取10V 。
反激式的最大占空比D max 是出现在最小输入电压（U Imin ）时。
3参数验证3.1验证D max把以上数据代入式（1）可得出占空比D max =62.6%，TOP246的D max =63%,在范围中。
D max =U ORU OR +U Imin -U DS(ON)×100%（1）3.2验证I p先确定K RP ，K RP =I R /I P 。
一般取K RP 在0.4～1之间，这里取K RP =0.55。
由式（2）得出输入电流的平均值I AVG =0.419A 。
由式（3）得出I P =0.933A ，芯片给出的I p =0.95A 在允许范围内。
基于TOPSwitch-GX系列TOP247Y芯片的低功率开关电源设计发布: 2011-9-7 | 作者: —— | 来源:jiasonghu| 查看: 454次| 用户关注：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
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。
当控制极电压Uc达到5.8V时，内部高压电流源关闭，此时由反馈控制电流向Uc供电。
在正常工作阶段，由外界电路构成电压负反馈控制环，调节输出级MOSFET的
占空比以实现稳压。
当输出电压升高时，Uc升高，采样电阻RE上的误差电压亦升高。
而在与锯齿波比较后，将使输出电压的占空比减小，从而使开关电源的电压减小。
当控制极电压低于4.8V时，MOSFET管关闭，控制电路处于小电流等待状态，内部高压电流源重新接通并向Uc充电，其关断/自动复位滞回比较器可使Uc保持在4.8～5.8V之间。
当开关电源的负载很轻时，能自动将开关频率从132kHz降低到30kHz(半频模式下则由66kHz降至15kHz)，可降低开关损耗，进一步提高电源效率。
多路输出的开关电源设计
由TOP247Y构成的多路开关电源原理图见图2，其中输出三路200mA、15V的直流电，一路400mA、15V的直流电，以及1A、5V的直流电。
多路电源用高频变压器获得多组电压输出，经快速恢复二极管、电容滤波后得到多路直流电源。
当电源输入交流85～265V时，交流电压U依次经过电磁干扰(EMI)滤波器(C1，L1)、输入整流滤波器(KBL406G，C2)获得直流高压UI。
UI经过R1接L端，能使极限电流随
UI升高而降低。
它使用C3，VD型漏极钳位二极管P6KE200A和阻断二极管D1，以替代价格较高的TVS(瞬态电压抑制器)，用于吸收在TOP247Y关断时由高频变压器漏感产生的尖峰电压，对漏极起到保护作用。
次级电压经过整流、滤波后获得多路输出。
其中15V电源输出所用的是快速恢复二极管，其他输出用的二极管是肖特基二极管，其目的是减少整流管的损耗。
由TOP247Y构成的多路开关电源原理图
.
该电源采用3枚芯片，包括TOP247Y(U1)、光耦合器LTV817A，以及可调式精密并联稳压管LM431。
为减小高频变压器体积和增强磁场耦合程度，次级绕组采用了堆叠式绕法。
其稳压原理为，U=UR4+UZ+ULM431。
当U发生变化时，如U增加时，流过光耦的电流增大，光耦输出的电流随着增大，流经TOP247Y控制端的电流增加，而占空比则减小，从而U下降，这样达到稳压的目的，反之U减小时也有相同的原理。
可调精密稳压管LM431的内部参考电压为2.495V，输出电压经电位器和R7分压，可调电压在2.5V(基准值)至37V(最大值)之间。
R6和C18构成LM431的频率补偿网络。
C19为软启动电容。
除5V电压外，其余各路输出未加反馈，输出电压均由高频变压器的匝数比来确定。
R9～R12是15V输出的假负载，它能降低该路的空载及轻载电压。
另外，为了尽可能减少电磁干扰，在开关电源的输入侧接入共模扼流圈，可以明显改善电磁噪声。
而安全电容C6能滤除一次、二次绕组耦合电容产生的共模干扰，电容C1可滤除电网线之间的串模干扰。
高频变压器的设计
该开关电源是一个具有多路输出的直流电源，由高频变压器N个二次绕组经整流滤波后获得。
因此开关电源的性能在很大程度上决定于变压器的设计。
● 功率计算
高频变压器的二次绕组有三路15V完全相同的直流输出，另一路15V电压的电流为400mA，5V电压提供给其他的芯片，再加上反馈绕组，故由以上设定条件可知，高频变压器的输出功率为：
P0=15×0.2×3+15×1×0.4+5×1=20W
考虑反馈绕组和裕量，实际选用功率为25W。
● 磁芯的选用
根据参考文献给出的输出功率与磁芯尺寸的关系，本开关电源选用EI-33磁芯，其额定输出频率为25kHz、50kHz和100kHz三种，可以选择其中的一种，磁芯有效截面积
Ae=119.3，Le=67.6，Ve=8067.4。
● 绕组匝数的计算
由开关电源设计的特点，在确定功率开关元件MOS管的工作频率时，若工作频率较低，则噪声较大;若工作频率较高，开关损耗将增大，但可使变压器、电容等小型化。
因此
在确定开关频率时要折衷考虑。
设定工作频率为25kHz，ρ=0.5，η=0.94。
ρ为PWM调制的占空比，η为变压器的效率。
则原边电感量Lp为：
其中，P0为输出功率，η为变压器的效率，Z为损耗分配因数(通常令Z=0.5)，fs为开关频率。
变压器一次绕组电流：
变压器匝数比：
变压器二次绕组匝数：
实取N=9(匝)。
一次绕组匝数：
5V直流输出侧的绕组匝数：
使用TOP247Y的注意事项
● 输入滤波电容C2的负极直接连反馈绕组，以便将反馈绕组上的浪涌电流直接返回到输入滤波电容，以提高抑制浪涌干扰的能力。
● TOP247Y控制端附近的电容应尽可能靠近源极和控制端的引端。
S极与C、L、X 端过通过一条独立的支路相连，不可共享一条支路。
● S、L、X端的引线与外围相关元件的距离也要尽可能短，并且远离漏极的支路要防止产生噪声耦合。
● 线路检测电阻R1应尽可能接近于L引脚。
结束语
综上所述，采用TOPSwitch-GX系列芯片设计的低功率开关电源，电路结构简单，效率高，成本低。
经实验测定，输出电压调整率、负载调整率均在设定范围内，实验结果证明该开关电源是可靠的。
