PI方案TOP247电源.doc

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=68k/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。在本电路中，线电压检测引脚接至源极引脚则禁用此引脚的所有功能。频率引脚接至源极则开关频率为132kHz。外部限流引脚所接电阻R=27k，对应的限流为Ilimit = 40%3.60 = 1.44A。2 高频变压器的设计，即变压器的尺寸和漆包线的线径、匝数等参数，与这些参数密切相关的还有电源的输出能力，即每一路的输出电流。INPUT MIN85 VACINPUT MAX265 VACOUTPUT15VDCIo0.5AOUTPUT215VDCIo0.1AOUTPUT315VDCIo0.1ANVcc12VDCIo0.01ADmax0.48工作频率Fs132kHz输入电容值10uFIN纹波电压27.94V步骤1求CORE（磁芯） AP=AW*Ae=(Pt*10000)/(2B*fs*J*Ku) 传递功率Pt = Po / +PoJ：电流密度A/cm2(300500)一般取350到400，Ku：绕组系数0.20.5一般取0.4，=0.750.85，一般取0.8，B = 0.185 T 一般取0.2附近以下Pt = Po / +Po = 12.375W AP = AW*Ae = (12.375*10000)/(2*0.185*132*350*0.4) = 0.00335 (cm)步骤2估算临界电流 IOB( DCM / CCM BOUNDARY，临界模式取6080%之间，可取0.75 )0.75 * 0.5 = 0.375 A步骤 3 求匝数比 N = VIN(min) / (Vo + Vf) * Dmax / (1-Dmax)此处取直流输入，将纹波计入，Vo，主要输出电压，Vf，二极管管压降，取0.7VVIN（min）= 85.16 V 匝比 N = 85.16 / (5 + 0.7) * 0.48 / (1-0.48) = 13.79步骤4 求CCM / DCM临界状态之副边峰值电流ISBIsb = 2Iob / (1-Dmax) = 1.44 A步骤5 计算次级电感 Ls 及原边电感 LpLs =(Vo + Vf)(1-Dmax) * Ts / isb = (5 + 0.7)(1 0.48) * 7.6*10e-6 /1.44 = 15.6 uH此处Vf为二极管管压降0.7V，Ts为开关周期 1/FsLp = n2*Ls= 2974uH 修正值 3 mH步骤6 求CCM时副边峰值电流Isp.CCM时原边峰值电流IppIsp = Io(max)/(1-Dmax)+(ISB/2) = 0.5 / 0.52 + 1.44 / 2 = 1.68AIpp= Isp/N = 0.12 A步骤7 计算各绕组线径线股数线径此处查线径规格表，用流过最大平均电流除以设定的电流密度，为消除集肤效应，线径最好不要超0.5，视开关频率而定，此处可查相关资料R = 0.5 / 350 得 R = 0.21mm 集肤效应铜导线的穿透深度为=66.1 / sqrt(fs) = 0.18mm可见不能使用单股漆包线，这里有两种选择一是用多股线，另一种是用多股并绕。选用多股并绕。计算初级Np线径=1 * 0.18（根数*直径）计算次级Ns1线径=4 * 0.1计算次级Ns2线径=1 * 0.18步骤8 确定Np、Ns，（每匝伏特数Va = (Vo + Vf) / Ns）1） Np = Lp * Ipp / (B* Ae)= 1042） Ns = Np