反激式開關(guān)電源應(yīng)用電路設(shè)計圖詳解

開關(guān)電源本身種類繁多，設(shè)計方法也復(fù)雜多樣，因此研究一種簡潔的方法去快速設(shè)計出所需要的通用型高效率，低廉價格的開關(guān)電源是很有必要的。開關(guān)直流穩(wěn)壓電源是基于方波電壓的平均值與其占空比成正比以及電感、電容電路的積分特性而形成的。其基本工作原理是，先對輸入交流電壓整流，從而形成脈動直流電壓，經(jīng)過DC-DC 變換電路變壓，再通過斬波電路形成了不同脈沖寬度的高頻交流電，然后對其整流濾波輸出需要電壓電流波形。如果輸出電壓波形偏離所需值，便有電流或電壓采樣電路進行取樣反饋，經(jīng)過與比較電路的電壓值進行參數(shù)比較，把差值信號放大，從而控制開關(guān)電路的脈沖頻率f 和占空比D，以此來控制輸出端的導(dǎo)通狀態(tài)。因此，輸出端便可以得到所需的電壓電流值。

根據(jù)電力系統(tǒng)的實際需要，通過對各個部分進行分析，便可以設(shè)計出相應(yīng)的開關(guān)電源產(chǎn)品。

圖1 開關(guān)電源原理框圖。

在設(shè)計開關(guān)電源時，首先就要面臨如何選擇合適的開關(guān)電源控制芯片。在選擇芯片的時候，要既能滿足要求，又不因為選型造成資源的浪費。下面就介紹利用 TopswitchⅡ系列開關(guān)電源的功率損耗( PD ) 與電源效率(η)，輸出功率( Po ) 關(guān)系曲線，快速選擇芯片的型號，從而完成寬范圍輸入的通用開關(guān)電源的設(shè)計。

圖2 TOPSwitch芯片內(nèi)部原理圖

開關(guān)管保護電路

在開關(guān)芯片的漏極D 側(cè)可以利用VDZ 和VD 兩個二極管對高頻變壓器的漏感產(chǎn)生的尖峰電壓進行箝位，可保護μ的D-S 極間不被擊穿。例如VDZ 可以選用瞬態(tài)電壓抑制器P6K200， 其反向擊穿電壓為200 V.VD 采用反向耐壓為600 V 的UF4005($0.0444) 型超快恢復(fù)二極管，亦稱阻塞二極管。

圖6給出了由TOPSwitch 構(gòu)成的反激式電源的原理圖。其工作過程如下： 輸入交流電經(jīng)整流橋BR1 整流后再經(jīng)電容C1 濾波，變?yōu)槊}動的直流電。反激式變壓器與TOPSwitch 將存儲于電容C1 的能量傳遞給負載。當TOPswitch 開關(guān)管導(dǎo)通時，電容C1兩端的電壓加到反激變壓器的原邊，流過原邊繞組的電流線性增加( 如若在MOSFET 開關(guān)管導(dǎo)通的瞬間變壓器副邊電流不為零，則由于副邊感應(yīng)電勢反向，二極管D2 截止，副邊電流變?yōu)榱?，然而磁芯?nèi)的能量不能突變，故原邊電流躍變?yōu)楦边呺娏鞯?/ K，K 為變壓器變比)，變壓器儲存能量; 當MOSFET 開關(guān)管關(guān)斷時，電感原邊電流由于沒有回路( 此時，穩(wěn)壓管VR1的擊穿電壓因高于原變壓器的感應(yīng)電勢而截止) 而突變?yōu)榱悖儔浩魍ㄟ^副邊續(xù)流，副邊電流為TOPswitch 開關(guān)管關(guān)斷時原邊電流的K 倍，副邊繞組通過二極管D2 對電容C2 充電，此后，流過變壓器副邊的電流線性下降。二極管D1 與穩(wěn)壓管VR1 并接于變壓器的原邊以吸收由于變壓器原邊的漏感而產(chǎn)生的高壓毛刺。電阻R1、穩(wěn)壓管V R2、光耦U2 與電容C5 構(gòu)成了電壓反饋電路以保證輸出電壓穩(wěn)定。電阻R2 與VR2 構(gòu)成一假負載，以保證當電源空載或輕載時輸出電壓穩(wěn)定。電感L1 與電容C3 構(gòu)成LC 濾波器以防止輸出電壓脈動過大。二極管D3 與電容C4 構(gòu)成一整流電路以提供光耦U2 光電三極管的偏置電壓。電感L2 、電容C6 和C7 用于降低系統(tǒng)的電磁干擾( EMI) 。

圖6 反激式電源的應(yīng)用原理圖

圖7分別給出了輸入電壓220 V ( 交流)，輸出功率為40 W; 輸入電壓85 V ( 交流)，輸出功率為24 W和輸入電壓85 V( 交流)，輸出功率為40 W 時的輸出電壓波形。

圖7 不同電壓輸入條件下的電壓仿真輸出波形

編輯點評：通過仿真試驗，對電源的設(shè)計過程進行了認證。總體來說設(shè)計的開關(guān)電源，輸出波形較為穩(wěn)定，而且電磁兼容性好，抗干擾能力強，適合小功率開關(guān)電源的設(shè)計制造。直流穩(wěn)壓電源是現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)中的重要組成部分，好的直流電源系統(tǒng)是高質(zhì)量現(xiàn)代電子系統(tǒng)的重要保證。