0 导言
单片开关电源自面世以来，以其功率高，体积小，集成度高，功用安稳等特色敏捷在中小功率精细稳压电源范畴占有重要位置。美国PI公司的TOPSwitch系列器材便是一种新式三端离线式单片高频开关电源芯片，开关频率fs高达100 kHz，此芯片将PWM操控器、高耐压功率MOSFET、维护电路等高度集成，外围衔接少量器材即可运用。本文介绍了一种依据TOP223Y 输出为+5 V/3 A，+12 V/1 A的单端反激式开关电源计划规划的原理和办法。
1 计划规划的原理
开关电源是触及很多学科的一门使用范畴，经过操控功率开关器材的注册与封闭调理脉宽调制占空比到达安稳输出的意图，能够完成AC/DC或许DC/DC转化。
TOP223Y共三个端：操控极C、源极S、漏极D.因只要漏极D用作脉宽调制功率操控输出，故称单端；高频变压器在功率开关导通时仅仅将能量存储在初级绕组中，起到电感的效果，在功率开关封闭时才将能量传递给次级绕组，起变压效果，故称反激式。
电路功用部分主要由输入/输出整流滤波、功率改换、反应电路组成。作业原理简述为：220 V市电沟通经过整流滤波得到直流电压，再经TOP223Y脉宽调制和高频变压器DC-AC改换得到高频矩形波电压，最终经输出整流滤波得到质量优秀的直流电压，一同反应回路经过对输出电压的采样、比较和扩大处理，将得到的电流信号输入到TOP223Y的操控端C，操控占空比调理输出，使输出电压安稳。
2 计划规划的要求
规划作为某智能仪器的供电电源，详细的参数要求如下：沟通输入电压最小值：VACMIN=85 V;沟通输入电压最大值：VACMAX=265 V;输出：U1：+5 V/3 A;U2：+12 V/1 A;输出功率：Po=27 W;偏置电压：VB=12 V;电网频率fL=50 Hz;开关频率fs=100 kHz;纹波电压：小于100 mV;电源功率：η大于80%;损耗分配因数Z 为0.5;功率因数为0.5.
3 规划实例
本规划计划是依据TOP223Y的多路单端反激式开关电源，功能优越，便于集成。电路原理如图2所示，可分为输入维护电路、输入整流滤波电路、钳位维护电路、高频变压器、输出整流滤波电路、反应回路、操控电路7个部分。
3.1 输入维护电路
由保险丝F1、热敏电阻RT和压敏电阻RV组成，对输入端进行过电压、过电流维护。
保险丝F1用于当线路呈现毛病发生过电流时堵截电路，维护电路元器材不被损坏，其额定电流IF1 依照IF1》2IACRMS挑选3 A/250 VAC保险丝，其间IACRMS为原边有用电流值。热敏电阻RT用以吸收开机浪涌电流，避免瞬间电流过大，对整流二极管和保险丝带来冲击，形成损坏，参加热敏电阻能够有用进步电源规划的安全系数，其阻值依照RRT1》0.014VACMAX/IACRMS 挑选10D-11（10 Ω/2.4 A）。压敏电阻RV能在断开沟通输入时供给放电通路，以避免大电流冲击，一同对冲击电压也有较好钳位效果。RV选取MY31-270/3，标称值为220 V.
3.2 输入整流滤波电路
由EMI滤波电路、整流电路、稳压电路组成。
EMI滤波电路针对来自电网噪声搅扰。选用由L1，CX1，CX2，CY1，CY2构成典型的Π型滤波器。
CX1和CX2用来滤除来自电网的差模搅扰，称为X电容，一般取值100~220 nF，这儿取100 μF;CY1和CY2用来滤除来自电网的共模搅扰，称为Y电容，一般取值为1~4.7 nF，这儿取2.2 nF;相同用来消除共模搅扰的共模电感L1的取值8~33 mH，这儿取8 mH，采纳双线并绕。
输入整流电路挑选不可控全波整流桥。整流桥的反向耐压值应大于1.25倍的最大直流输入电压，整流桥的额定电流应大于两倍的沟通输入的有用值，核算后挑选反向击穿电压为560 V，额定电流为3 A的KBP306整流桥。
在当时的供电条件下，输入储能电容器CIN的值依据输出功率依照2~3 μF/W 来取值，考虑余量，取CIN=100 μF/400 V的电解电容。假定整流桥中二极管导通时刻为tc=3 ms，可由：
得到输入直流电压的最小值和最大值。
3.3 钳位维护电路
当功率开关关断时，因为漏感的影响，高频变压器的初级绕组上会发生反射电压和尖峰电压，这些电压会直接施加在TOPSwitch芯片的漏极上，不加维护极简略使功率开关MOSFET烧坏。参加由R1、C2和VD1组成经典的RCD钳位维护电路，则能够有用地吸收尖峰冲击将漏极电压钳位在200 V左右，维护芯片不受损坏。引荐钳位电阻R1取27 kΩ/2 W，VD1钳位阻断二极管快康复二极管耐压800 V 的FR106，钳位电容选取22 nF/600 V的CBB电容。
3.4 高频变压器
3.4.1 磁芯的挑选
磁芯是制作高频变压器的重要组成，规划时合理、正确地挑选磁芯资料、参数、结构，对变压器的运用功能和可靠性，将发生至关重要的影响。高频变压器磁芯只作业在磁滞回线的榜首象限。在开关管导通时只贮存能量，而在截止时向负载传递能量。因为开关频率为 100 kHz，归于比较高的类型，所以挑选资料时挑选在此频率下功率较高的铁氧体，由：
预算磁芯有用截面积为0.71 cm2，依据核算出的Ae 考虑到阈量，查阅磁芯手册，选取EE2825，其磁芯长度A=28 mm，有用截面积SJ=0.869 cm2，有用磁路长度L=5.77 cm，磁芯的等效电感AL=3.3 μH/匝2，骨架宽度Bw=9.60 mm.
3.4.2 初级线圈的参数
（1）最大占空比。依据式（1），代入数据：宽规模输入时，次级反射到初级的反射电压VoR 取135 V，查阅TOP223Y数据手册知MOSFET导通时的漏极至源极的电压VDS=10 V，则：
（2）设置KRP .KRP= IR IP ，其间IR为初级纹波电流；IP为初级峰值电流；KRP用以表征开关电源的作业形式（接连、非接连）。接连形式时KRP小于1，非接连形式KRP大于1. 关于KRP的选取，一般由最小值选起，即当电网入电压为100 VAC/115 VAC或许通用输入时，KRP=0.4;当电网输入电压为230 VAC时，取KRP=0.6.当选取的KRP较小时，能够选用小功率的功率开关，但高频变压器体积相对要大，反之，当选取的KRP较大时，高频变压器体积相对较小，但需求较大功率的功率开关。关于KRP的选取需求依据实践不断调整取最佳。
（3）初级线圈的电流初级均匀输入电流值（单位：A）：
可知，KRP 选取适宜。TOPSwitch器材的挑选遵从的原则是挑选功率容量满意的最小的类型。
（4）变压器初级电感
3.4.3 初级次级绕组匝数
当电网电压为230 V和通用输入220 V时：每伏特取0.6匝，即KNS=0.6.因为输出侧选用较大功率的肖特基二极管用作输出整流二极管，因而VD取0.7 V，磁芯的最大作业磁通密度在BM在2 000~3 000 GS规模内。偏置二极管VDB的压降取0.7 V，偏置电压VB取12 V.
初级绕组匝数：
3.5 输出整流滤波电路
由整流二极管、滤波电容平和波电感组成。将次级绕组的高频方波电压转变成脉动的直流电压，再经过输出滤波电路滤除高频纹波，使输出端取得安稳的直流电压。肖特基二极管正导游通损耗小、反向康复时问短，在下降反向康复损耗以及消除输出电压中的纹波方面有显着的功能优势，所以选用肖特基二极管作为整流二极管，参数依据最大反向峰值电压VR挑选，一同二极管的额定电流应该至少为最大输出电流的3~5倍。次级绕组的反向峰值电压VSM为：
式中：Iout是输出端的额定电流，单位为A;Dmin是在高输入电压和轻载下所估量的最小占空比（估量值为0.3）；V（PK-PK）是最大的输出电压纹波峰峰值，单位为mV.核算得出后考虑阈值C6取100 μF/10 V，C8取220 μF/35 V.
第二级经LC滤波使不满意纹波要求的电压再次滤波。输出滤波电容器不只要考虑输出纹波电压是否能够满意要求，还要考虑按捺负载电流的改变，在这儿能够挑选C7取22 μF/10 V，C9取10 μF/35 V.C5取经历值0.1 μF/25 V.输出滤波电感依据经历取2.2~4.7 μH，选用3.3 μH 的穿心电感，能主动按捺开关噪声的发生。
为削减共模搅扰，在输出的地与高压侧的地之直接共模按捺电容C15.
3.6 反应回路规划
开关电源的反应电路有四种类型：根本反应电路、改进型根本反应电路、配稳压管的光耦反应电路、配TL431的光耦反应电路。本规划选用电压调整率精度高的可调式精细并联稳压器TL431加线形光耦PC817A构成反应回路。
TL431经过电路取样电阻来检测输出电压的改变量ΔU，然后将采样电压送入TL431 的输入操控端，与TL431的2.5 V参阅电压进行比较，输出电压UK也发生相应改变，从而使线性光电耦合器中的发光二极管作业电流发生线性改变，光电耦合器输出电流。
经过光电耦合器和TL431组成的外部差错扩大器，调理TOP223Y操控端C 的电流IC，调整占空比D（%&&&&&%与D成反比），从而使输出电压改变，到达安稳输出电压的意图。
关于电路中的反应部分，开关电源反应电路仅从一路输出回路引出反应信号，其他未加反应电路。这样，当5 V输出的负载电流发生改变时，定会影响12 V输出的安稳性。
解决办法是给12 V输出也添加反应电路。别的，电路中C10为TL431的频率补偿电容，能够进步TL431的瞬态频率响应。R5为光电耦合器的限流电阻，R5的巨细决议操控环路的增益。电容器C13为软发动电容器，能够消除刚发动电源时芯片发生的电压过冲。
下面主要是承认R4~R8的值：
依照使用要求，对5 V电源要求较高，但也要统筹12 V电源，权衡反应量，将R7，R8的反应权值均设置为0.6，0.4，各个输出的安稳性均得到保证和进步。
只要5 V输出有反应时，如R4，R7取值均为10 kΩ，此刻电流IR7 =250 μA，分权后，R7分得150 μA、R8分得150 μA.依据TL431的特性知，Vo，VREF，R7，R8，R4之间存在以下联系：
式中：VREF为TL431参阅端电压，为2.5 V;Vo为TL431输出电压。依据电流分配联系得（单位：kΩ）：
式中：VF 为光耦二极管的正向压降，由PC817技能手册知，典型值为1.2 V.先取R5=390 Ω，可得R6=139 Ω，取标称值150 Ω。
3.7 操控回路
由电容C7和电阻R12串联组成。C9用来滤除操控端的尖峰电压并决议主动重发动时序，并和R12一同设定操控环路的主极点为反应操控回路进行环路补偿。由数据手册知，C9挑选47 μF/25 V的电解%&&&&&%，当C9 =47 μF时，主动重启频率为1.2 Hz，即每隔0.83 s检测一次调理失控毛病是否现已被扫除，若承认已被扫除，就主动重启开关电源康复正常作业。R12取6.2 Ω。
4 计划的试验成果
依据以上计划规划的办法和标准，规划出的一种依据TOP223Y双路+5 V/3 A，+12 V/1 A输出的反激式开关电源。在宽规模85~265 VAC的输入规模下对其功能进行了测验，如表1所示。
由以上选取的试验数据得出，+5 V/3 A（反应权重0.6，负载500 Ω）输出的电压调整率为SV = ±0.18%，输出的纹波电压为39 mV，输出的最大电流为3.2 A;+12 V/1 A（反应权重0.4，负载750 Ω）输出的电压调整率为SV = ±0. 3%，输出的纹波电压为68 mV，输出的最大电流为1.10 A.
该电源在满载状况时，功率可达27.6 W，最大占空比为0.60，电源功率为83.1%，开关电源具有杰出的功能，满意使用要求。
5 结语
本文所规划的开关电源计划，芯片的高度集成化，外围电路规划简略。电源的功能经过参数的调理仍有提高的空间。双输出双反应异权重的规划使开关电源的愈加有用灵敏，不同的维护电路的规划，使电源的有用愈加安全可靠，该计划所规划的电源在实践使用中体现杰出。
