基于PC40EE25的開關隔離電源設計

　　2 控制電路的設計

　　本設計采用SG*1高集成環保模式PWM控制器， 該控制器采用電流模式(逐周期電流限制)的工作方式， 可以實現軟驅動圖騰柱輸出的可調控的PWM波形， 其輸出電壓可達18 V， 足以同時驅動兩路MOSFET。本設計還在PWM輸出端設計了一個信號耦合變壓器， 這樣可用同一個PWM信號來控制兩個MOSFET， 使Q1和Q2同時開通和關斷， 還可以實現驅動MOSFET信號的隔離。另外，該控制器也可以提供欠壓鎖定和過溫保護功能，當VDD小于10 V時， 控制器內部將鎖定， 不再向外發送PWM波。

　　本設計采用負載繞組給控制芯片SG*1供電， 從主電路可知， 輔助繞組和次級繞組處在相同的工作方式下， 這在設計變壓器的時候只要根據次級輸出就可以確定輔助繞組的設計。應當注意的是， 在雙管反激電路中， 兩個開關管中間有一個懸浮地， 因而不能直接驅動， 所以， 這里采用變壓器隔離驅動方法來使VT1和VT2公用同一驅動信號。

　　圖3所示是本設計的控制芯片電路及驅動電路， 圖中， R3接在直流電壓DC端主要用來啟動，當流入3腳的電流足夠啟動芯片的時候， 芯片8腳Gate輸出PWM波， 從而使主電路導通， 電源開始工作。R4主要確定芯片輸出PWM波的頻率， R5和C5組成電流采樣的匹配網路。由于芯片采用逐周峰值電流工作方式， 故在初級線圈電流達到峰值時， 芯片將關斷PWM波， 變壓器向次級傳送能量。

圖3 控制芯片電路及驅動電路

　　圖4所示是其系統中的輸入欠壓和輸出過壓保護電路。由于本開關電源設計采用了輸入過壓和輸入欠壓保護， 故當輸入高于750 V或低于120V時， 比較器的2腳電壓值會高于2.5 V或比較器的5腳會低于2.5 V， 本設計采用精密可調線性穩壓器TL431來產生2.5 V的基準源， 并分別給比較器的3腳和6腳供電， 這樣， 在比較器的1腳或7腳就會產生低電平， Q5由于基級電壓過低而截止，線性光耦U5的發光二極管不能發光。這時， 由于Q4S接到輸出儲能電容上， Q4G和Q4S不能組成通路， 所以， 加在Q4管的GS間的電壓Ugs為零， 開關管Q4關斷， 電源不能向后面負載供電， 從而實現欠壓和過壓保護功能。

圖4 輸入欠壓和輸出過壓保護電路

　　3 電路變壓器的設計

　　采用兩個開關管串聯不會影響主電路中變壓器的設計， 故可根據《開關電源設計指南》中相關介紹來計算變壓器參數， 本設計選用TDK公司的PC40EE25高頻磁性材料作為鐵芯， 變壓器的參數計算如下：

　　初級線圈的峰值電流：

　　變壓器的有效功率：

　　式中， Ac為有效磁芯面積， 單位為cm2， Bmax為最大磁通密度， 單位為G (高斯Wb/cm2)。