先上圖:
由TOP247YN構(gòu)成的三路隔離輸出+ 15V、+15V和+5V開關(guān)電源電路如圖所示。其輸入電壓變化范圍為20-30V DC和85-265V AC。
整流橋型號(hào)為RS205,參數(shù)為反向耐壓600V,最大可通過電流2A。
初級(jí)保護(hù)電路由箝位電路(D5、D8)構(gòu)成,能有效抑制因高頻變壓器存在漏感而產(chǎn)生的尖峰電壓,保護(hù)TOP247YN內(nèi)部的功率開關(guān)管不受損壞。D8采用P6KE200A型瞬變電壓抑制二極管(TVS),其反向擊穿電壓UB=200V。V5選用的是UF4007型超快恢復(fù)二極管(SRD)。
C5為VCC端的旁路電容。
D6和C13組成反饋線圈輸出端的高頻整流濾波器。
次級(jí)高頻整流管采用大電流、低壓降的肖特基二極管,型號(hào)為21DQ10(3A/100V)。同時(shí)還使用了UF4007。后面還有濾波電路,輸出端接有假負(fù)載。
鐵氧體磁芯型號(hào)為EE25。為防止發(fā)生磁飽和現(xiàn)象,需要加入一定的氣隙。
二.可以改進(jìn)的方面
以上是直接測(cè)繪的變送器開關(guān)電源部分電路得到的電路圖。經(jīng)過分析,還有可以改進(jìn)的地方,主要有以下兩個(gè)方面。
1. 還可以在變壓器的初級(jí)加上RC吸收電路,即在D8上并聯(lián)R=68kΩ/2W,C=4.7nF/1000V。
2. 輸出濾波部分,濾波電容值較小、沒有接電感,這樣會(huì)導(dǎo)致輸出電壓波動(dòng)較大,而且在輸出端接有保險(xiǎn)管,不知是何用意。
三.核心部分的分析計(jì)算
另外,還有兩個(gè)需要注意的方面,需要進(jìn)行更加詳細(xì)的分析和計(jì)算,才能對(duì)電路的工作原理有更加深入的認(rèn)識(shí)。
1. TOP247YN的外部管腳接法。
TOP247YN屬于PI(Power Integration)公司推出的第四代TOPSwitch-GX系列單片開關(guān)電源芯片。芯片共有六個(gè)引腳,除了必需的C(控制)、D(漏極)、S(源極)外,還具有三個(gè)特色引腳L(線電壓檢測(cè))、X(外部限流)、F(頻率)。線電壓檢測(cè)引腳可以實(shí)現(xiàn)過壓(OV)、欠壓(UV)等功能;外部限流引腳可以實(shí)現(xiàn)外部限流調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程開/關(guān)控制;頻率引腳可以控制開關(guān)頻率為66kHz或者132kHz。
在本電路中,線電壓檢測(cè)引腳接至源極引腳則禁用此引腳的所有功能。頻率引腳接至源極則開關(guān)頻率為132kHz。外部限流引腳所接電阻R=27kΩ,對(duì)應(yīng)的限流為Ilimit = 40%×3.60 = 1.44A。
2. 高頻變壓器的設(shè)計(jì),即變壓器的尺寸和漆包線的線徑、匝數(shù)等參數(shù),與這些參數(shù)密切相關(guān)的還有電源的輸出能力,即每一路的輸出電流。
步驟1求CORE(磁芯) AP=AW*Ae=(Pt*10000)/(2ΔB*fs*J*Ku) 傳遞功率Pt = Po /η +Po
J:電流密度A/cm2(300~500)一般取350到400,Ku:繞組系數(shù)0.2~0.5一般取0.4,η=0.75~0.85,一般取0.8,△B = 0.185 T 一般取0.2附近以下
Pt = Po /η +Po = 12.375W AP = AW*Ae = (12.375*10000)/(2*0.185*132*350*0.4) = 0.00335 (cm2)
步驟2估算臨界電流 IOB( DCM / CCM BOUNDARY,臨界模式取60~80%之間,可取0.75 )
0.75 * 0.5 = 0.375 A
步驟 3 求匝數(shù)比 N = [VIN(min) / (Vo + Vf)] * [Dmax / (1-Dmax)]
此處取直流輸入,將紋波計(jì)入,Vo,主要輸出電壓,Vf,二極管管壓降,取0.7V
VIN(min)= 85.16 V
匝比 N = [85.16 / (5 + 0.7)] * [0.48 / (1-0.48)] = 13.79
步驟4 求CCM / DCM臨界狀態(tài)之副邊峰值電流ΔISB
ΔIsb = 2Iob / (1-Dmax) = 1.44 A
步驟5 計(jì)算次級(jí)電感 Ls 及原邊電感 Lp
Ls =(Vo + Vf)(1-Dmax) * Ts / Δisb = (5 + 0.7)(1 – 0.48) * 7.6*10e-6 /1.44 = 15.6 uH
此處Vf為二極管管壓降0.7V,Ts為開關(guān)周期 1/Fs
Lp = n^2*Ls= 2974uH 修正值→ 3 mH
步驟6 求CCM時(shí)副邊峰值電流ΔIsp.CCM時(shí)原邊峰值電流ΔIpp
ΔIsp = Io(max)/(1-Dmax)+(ΔISB/2) = 0.5 / 0.52 + 1.44 / 2 = 1.68A
ΔIpp= ΔIsp/N = 0.12 A
步驟7 計(jì)算各繞組線徑線股數(shù)線徑
此處查線徑規(guī)格表,用流過最大平均電流除以設(shè)定的電流密度,為消除集膚效應(yīng),線徑最好不要超0.5,視開關(guān)頻率而定,此處可查相關(guān)資料
πR2 = 0.5 / 350 得 R = 0.21mm 集膚效應(yīng)銅導(dǎo)線的穿透深度為△=66.1 / [sqrt(fs)] = 0.18mm
可見不能使用單股漆包線,這里有兩種選擇一是用多股線,另一種是用多股并繞。選用多股并繞。
計(jì)算初級(jí)Np線徑=1 * 0.18(根數(shù)*直徑)
計(jì)算次級(jí)Ns1線徑=4 * 0.1
計(jì)算次級(jí)Ns2線徑=1 * 0.18
步驟8 確定Np、Ns,(每匝伏特?cái)?shù)Va = (Vo + Vf) / Ns)
1) Np = Lp * ΔIpp / (ΔB* Ae)= 104
2) Ns = Np / n =7.54 修正 8T
3) Ns2=(Vo2+Vf)/Va=20.77 修正 21T
4)Nvcc = (Vcc + Vf) / Va = 16.79 修正 17T
匝數(shù)的選取只是近似值,實(shí)際試驗(yàn)中應(yīng)對(duì)其進(jìn)行細(xì)小調(diào)整,使其達(dá)到最佳