1.导言
与直流电机比较，沟通电机不需求换向器和电刷，其结构愈加简略。调速规模宽、稳态精度高、动态呼应快、转子惯量小、输出功率大等许多长处，使得沟通电机在工业出产中得到较广泛地运用[1]。对伺服体系供电的电源功用的好坏，直接联系到整个体系的安全性和安稳性[2]。开关电源与低功率的线性电源比较，由于其功率高、体积小、重量轻而遭到广泛地重视[3]。美国PI 公司出产的开关电源专用集成芯片TOPSwitch-II，是一种将PWM 和MOSFET 合二为一的新式芯片，此系列芯片以其体积小、重量轻、价格低一级优势，一经推出便得到广泛的运用，展现了杰出的运用远景。
2.TOPSwitch-II 作业原理
TOPSwitch-II芯片，将脉宽调制(PWM)操控体系的悉数功用集成在一起，结构简略，只要三个引出端，别离为操控端C、源极S和漏极D[4]。内含脉宽调制器、功率开关场效应管、主动偏置电路、维护电路、高压发动电路和环路补偿电路,经过高频变压器使输出端与电网彻底阻隔,真实完成无工频变压器、阻隔式开关电源单片集成化,运用安全可靠。TOPSwitch-II是电流操控型开关电源，操控端供给偏压Uc，对电流Ic的巨细进行操控，就能接连调理脉冲占空比，完成脉宽调制。占空比D与操控端电流Ic呈线性联系(图1)。
由图1 可知，在Ic=2.0~6.0mA 规模内，当Ic↑时D↓，Ic↓时D↑。ICD1 是并在C-S 极旁路电容的放电电流，为1.2mA 或1.4mA;IB 是外部偏置电流，
3.多路开关电源规划原理
TMS320F2812 是操控板中的最重要的器材一。它每秒可执行1.5 亿次指令，具有杰出的数据处理才能。对该芯片供电的好坏，直接影响操控板作业的可靠性。由于芯片的供电电压是3.3V，考虑到操控的需求，一共需求两路+5V 供电，别离是模仿5V和数字5V。别的，操控板还有±15V 供电的芯片。IPM 模块是沟通伺服体系最重要的器材之一。它一般运用IGBT 作为功率开关元件，内藏电流传感器及驱动电路的集成结构，特别适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源。本体系所运用的IPM，一共需求4 路电气阻隔的+15V电源。综上所述，伺服体系需求+15V、-15V 和+5V三种电压等级供电,故需求规划一个可以供给上述电压等级的辅佐电源。电源规划参数如下：
① 输入电压：VAC;
② 输出电压：U2~U9;
③ 最小功率：Pomin;
④ 最大功率：Pomax;
⑤ 转化功率：η;
⑥ 开关频率：fs;
⑦ 最大占空比：Dmax。
依据如上规划技能指标，需求从如下几个部分进行。
3.1 输入整流滤波电路
输入整流滤波电路选用Π型滤波(图2)：其间C17、C18 为差模电容，按捺差模搅扰;C19、C20 为共模电容，按捺共模搅扰;滤波电感L1 选用双线并绕。选用不可控的整流桥，整流器材的额定电流有效值ID，有必要满意在低电压输入时最大均匀电流值，
则：
1D 2( AC min ) omax I V PF P (1)式中，VACmin 为沟通输入电压最小值;PF 为功率因数，一般取0.5。反向阻断电压VR，按高电压输入进行核算：max R 1.25 2 AC V V (2)图2 中，输入滤波%&&&&&%C21 的容值，可以依照份额系数1~3μF/W 与输出最大功率Pomax 的乘积进行取值。
3.2 变压器
单端反激式开关电源中的变压器，在开关管注册时，贮存能量，阻断时开释能量而对负载供电[5]。关于多路输出，假如要求每路输出电压均具有高精度，则每路均需求有闭环的稳压回路。关于本规划的多路输出，U3 输出这一路精度要求较高，对这一路输出需加闭环操控，其它几路要求相对不高，不需求闭环操控。
3.2.1 变压器铁芯
一般选软磁铁氧体作为变压器铁芯，依据式
(3)~(4)确认铁芯类型。
8 1max max ( ) 2 10 ( C ) o ON SQ B K K j P T 计 (3)式中，S 为铁芯的截面积(cm2);Q 为铁芯的窗口面积(cm2)。Bs 为选用的铁氧体饱满磁感应强度，考虑到高温时Bs会下降，选定作业最大磁感应强度Bm;TONmax为最大占空比Dmax对应的TOPSwitch-II 最大导通时刻;△B 为铁芯磁感应强度的改变量，作业磁感应强为B，最小功率与最大功率的比值为K。上述几个量相互之间的对应联系为：
式中，Kc 为铁芯填充系数，Kμ 为窗口使用系数，j为导线电流密度。在确认铁芯类型时，铁芯实践的截面积与窗口面积乘积SeQe，应不小于SQ。
3.2.2 原边电感和气隙
反激式开关电源，当作业在接连作业形式时，电感电流临界接连，变压器原边绕组最小电感值L1min 为：1 2 21min min min max (2 o S ) i ON L P T U T (5)式(5)中，Uimin 为变压器原边直流输入电压最小值，文献[6]指出，它与VACmin 的联系为：2 1 1 1 1/2min min 21 max i 2 AC 2( ) (2 ) o U V C f t P (6)式中， f 为工频沟通电网频率; t 为二极管的导通时刻，一般取3ms。铁芯所开气隙δ 为：8 2 10 max 10 (2 e ) o S K S B P T (7)3.2.3 原副边绕组匝数核算及电感校核图2 中，原副边绕组匝数N1~N10，按式(8)~(17)
核算：4 1 1/21 0 1min 10 ( e ) N S L (8)(1)匝比核算：U2~U3 输出，匝数为N2、N3。考虑到肖特基二极管压降U5D，由反激电路输入输出电压联系可以得到：113 12 max 2 5 max min ( ON )( D ) ON i n n T T U U T U (9)U4~U9 输出，匝数为N4～N9。考虑到超快速二极管压降U15D，同理得：114 max 4 15 max min ( ON )( D ) ON i n T T U U T U (10)15 16 17 18 19 14 n n n n n n (11)反应绕组电压为U10，匝数为N10，考虑到超快速二极管压降U12D，同理得：1110 max 10 12 max min ( ON )( D ) ON i n T T U U T U (12)
(2)各绕组匝数核算：12 3 12 1 N N (n ) N (13)以U2 为参阅规范，核算其它副边绕组匝数及从头核算原边匝数：1 2 12 N N n (14)14 2 5 4 15 2 ( D ) ( D ) N U U U U N (15)
N5 N6 N7 N8 N9 N4 (16)110 2 5 10 12 2 ( D ) ( D ) N U U U U N (17)式(13)~(17)实践取值时，由于匝数一般都取整数，故需对上述核算值进行进位取整(例如核算成果为7.13 和7.83 时，均取为8)。(3)原边电感校核：’ 8 1 ’21min 1 0 10 c L N S (18)式(18)的核算成果应不小于式(5)的值。同理，可核算出副边各个绕组最小电感值。考虑高频集肤效应，当开关频率为fs 时，铜线的透入深度△为：1/20 ( s ) f (19)式中，γ 为铜线的电导率。在确认导线线径时，其值不能超过2△。3.3 箝位维护电路选用瞬态电压按捺器(TVS)和超快康复二极管(SRD)组成的箝位电路。电路的首要原理是使用TVS 的瞬态电压按捺特性来按捺脉冲电压[7]：当TVS 管两头饱尝瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度使其阻抗突然下降，一起吸收一个大电流，将其两头的电压箝位在一个预订的数值上，然后确保后边的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。D11 为TVS，它与D12(SRD)组成箝位电路，如图2 所示。D11 接受的耐压值U11、D12 接受的耐压值U12 别离按式(20)、式(21)核算：111 2 2 1 U 1.5U (N ) N (20)12 max 2 AC U V (21)式中，N’1 为校核后的原边匝数。3.4 反应电路光耦反应电路实践由两部分构成：①由反应绕组N10、高频整流滤波器构成的非阻隔式反应电路，反应电压U10 为光敏晶体管供给偏压;②由取样电路、TL431、PC817 构成的阻隔式反应电路，它将输出电压U3 的改变量直接转化为操控电流Ic：在Ic=2~6mA 的规模内，输出电压U3 减小时，经过光耦反应电路使得Ic 减小，D 增大，U3 增大，终究确保输出电压安稳。4.八路开关电源规划及功用测验4.1 参数规划考虑IPM 和DSP 及其他芯片的作业电流，功率选为75W。由TOPSwitch-II 最大输出功率与类型
故需对上述核算值进行进位取整(例如核算成果为
的联系，挑选TOP226Y。依照上述剖析，规划了根据TOP226Y 的八路输出开关电源，其电路原理图，如图2 所示，规划物理量及数值如表1 所示：表1 八路输出开关电源规划物理量及数值
在绕制变压器时，挑选了EI33 型铁芯。为了使得各输出绕组间严密耦合，先绕N1 的一半，再绕N10，之后顺次绕N2~N9，最终绕N1 的另一半。变压器的各个绕组电感丈量值和最小核算值如表2 所示：表2 变压器各个绕组电感丈量值与最小核算值比较
图2 开关电源电路原理图
从表2 可以看出，变压器各个绕组电感丈量值均不小于最小核算值，满意规划要求。别的，将副边绕联立式(1)~(20),结合表1，可以求得开关电源各个首要待定物理量(按公式摆放次序)如表3 所示：
表3 八路输出开关电源待定物理量及数值
4.2 功用测验
沟通输入电压给定187~253V 时，对开关电源进行了上电实验。为了证明钳位电路的规划,图3 给出了沟通输入电压为220V 时，TOP226Y 的D 与S两头的电压应力波形，用差分探头20 倍衰减，可以看到电压被TVS 箝位在200V，使得TOP226Y 得到了很好地维护。图4~图11 是沟通输入电压为220V时，测得的八路输出电压波形，从图中可以看到各路输出较安稳，纹波小。组短路，测得原边绕组漏感量为26.28μH，小于原边电感量5%。综上所述，变压器可以正常作业。
5.定论
本文选用TOP226Y 规划了一款多路输出的开关电源，对各个模块给出了理论剖析和参数核算，最终经过实测成果剖析，得到以下定论：
(1)TOPSwitch-II 系列开关电源，与MOSFET 及PWM 操控器%&&&&&%比较，有高集成度、最简外围电路等长处，下降了规划难度，缩短了开发周期。
(2)沟通输入电压给定为220V±15%时，输出电压动摇较小，可以满意沟通伺服体系供电要求，验证了理论剖析和参数规划的正确性。
参阅文献
[1] 崔伟荣. 永磁同步电动机功率因数的仿真剖析[D]. 南京:南京航空航天大学, 2006.
[2] 孙祖勇, 陈志辉. 多路阻隔输出全数字伺服体系开关电源规划[J]. 电源技能运用, 2007, 10(6):33-37.
[3] YANG Yueru. A DSP-based bipolar switching powersupply[C]. Proceedings of the 2011 IEEE 9th InternationalConference on Power Electronics and Drive Systems,
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[4] 沙占友. 单片开关电源最新运用技能[M]. 北京:机械工业出版社,2003.
[5] 陈坚. 电力电子学——电力电子改换和操控技能(第二版)[M]. 北京:高等教育出版社, 2004.
[6] 马瑞卿, 任先进. 一种根据TOP224Y 的单片开关电源规划[J]. 核算机丈量与操控, 2007, 15(2): 235-238.
[7] LU Jue , ZHOU Hong , YU Li ,et al. A novel impulsivetransient suppression device based on TVS array[C].Proceedings of the 2009 Asia-Pacific Power and EnergyEngineering Conference, 2009:1-5.
作者简介：
余伟 (1989-)
