一款多路输出单端反激式开关电源的电路设计方案
对于其他两路输出,只需在输出端分别加上滤波电容。其中R3、R4分别为输出的假负载,它们能降低各自输出端的空载和轻载电压。
反馈环节设计
反馈同路主要由PC817和TL431及若干电容、电阻构成。其中U2为TL431,它为可调试精密并联稳压器,利用电阻R5、R6分压获得基准电压值。通过调节R5、R6的值可以调节输出电压的稳压值。C8为TL431的频率补偿电容,可以提高TL43l的瞬态频率响应。C7为软启动电容,取C7=22μF时可增加4ms的软启动时间,在加上TOP222G本身已有的10ms软启动时间,则总共为14ms。
U3为PC817型线性光耦合器,其电流传输比(CTR)范围为80%~160%,,能够较好地满足反馈回路的设计要求,而目前国内常用的4N25、 4N26属于非线性光耦合器,不宜采用。反馈绕组上产生的电压经D4、C9整流滤波,获得非隔离式+12V输出,为PC817接收管的集电极供电。由于反馈绕组输出电流较小,次级采用D4硅高速开关管1N4148。光耦PC817能将+5V输出与电网隔离,其发射极电流送至TOP222G的控制端,用来调节占空比。
C3为控制端旁路电容,它能对控制回路进行补偿并设定自动重启频率。当C3=47μF时,自动重启频率为1.2Hz,即每隔0.83s检测一次调节失控故障是否已经被排除,若确认已被排除,就自动重启开关电源恢复正常工作。
R2为PC817中LED的外部限流电阻。实际上除了限流保护作用外,他对控制回路的增益也具有重要影响。当R2改变时,会依次影响到下列参数值:IF→IC→D→UO,也就相当于改变了控制回路的电流放大倍数。
下面简要分析一下反馈回路实现稳压的工作原理。当输出电压UO发生波动且变化量为UO时,通过取样电阻R5、R6分压后,就使TL431的输出电压UK 也产生相应的变化,进而使PC817中LED的工作电流IF改变,最后通过控制端电流IC的变化量来调节占空比D,使UO产生相反的变化,从而抵消UO的波动。上述稳压过程可归纳为:
UO ↑→UK ↓→IF ↑→IC ↑→D ↓→UO↓→最终使UO不变。
其余各路输出未加反馈,输出电压均由高频变压器的匝数来确定。变压器设计
变压器的设计是整个电源设计的关键,它的好坏直接影响电源性能。
磁芯及骨架的确定
由于本文选用漆包线绕制,而且EE型磁芯的价格低廉,磁损耗低且适应性强,故选择EE22,其磁芯长度A=22mm。从厂家提供的磁芯产品手册中可查得磁芯有效横截面积SJ=0.41cm2,有效磁路长度1=3.96cm,磁芯等效电感AL=2.4μH/匝2,骨架宽度b=8.43mm。
确定最大占空比Dmax
根据公式:
其中,UOR=135V,直流输入最小电压值UImin=90V,MOSFET的漏-源导通电压UDS(ON)=10V,代入上式得:Dmax=64.3%,接近典型值67%。Dmax随着输入电压的升高而减小。
计算初级线圈中的电流
输入电流的平均值IAVG为:
初级峰值电流IP为:
其中,KRP为初级纹波电流IR与初级峰值电流IP的比值,当电压为宽范围输入时,可取0.9。将Dmax=64.3%代入得,IP=0.518A。
次级绕组采用堆叠式绕法,这也是变压器生产厂家经常采用的方法,其特点是由5V绕组给12V绕组提供部分匝数,而24V绕组中则包含了5V、12V的绕组和新增加的匝数。堆叠式绕法技术先进,不仅可以节省导线,减小线圈体积,还可以增加绕组之间的互感量,加强耦合程度。以本电源为例,当5V输出满载而12V 和24V输出轻载时,由于5V绕组兼作12V、24V绕组的一部分,因此能减小这些绕组的漏感,可以避免因漏感使12V、24V输出电路中的滤波电容被尖峰电压充电到峰值,即产生所谓的峰值充电效应,从而引起输出电压不稳定。这里将5V绕组作为次级的始端。
对于多输出高频变压器,各输出绕组的匝数可以取相同的每伏匝数。每伏匝数nO可以由下式确定:
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