基于TOPSwitch的超寬輸入隔離式穩壓開關電源

圖2中T為三繞組高頻變壓器，工作頻率為100kHz。3個繞組分別為：Np原邊繞組（65匝）；Ns副邊繞組（即輸出繞組，13匝）；Nf反饋繞組（8匝）；各繞組同名端在圖2中已標出。變壓器中能量傳遞過程為：當TOPSwitch中的功率MOSFET導通時，變壓器原邊繞組儲存能量；當功率MOSFET關斷時，原邊繞組中儲存的能量傳遞給副邊繞組和反饋繞組，經高頻整流濾波后即可提供直流輸出電壓和反饋電壓。

DZ1，D1和R1，C2組成了漏極箝位電路和能量吸收回路，用以限制TOPSwitch漏極因高頻變壓器的漏感而可能產生的尖峰電壓。DZ1選用P6KE200A型瞬態電壓抑制器（TVS），其反向擊穿電壓為200V。D1選用MUR160型超快恢復二極管，其最大反向耐壓值為600V。由于TOPSwitch的漏—源極最小擊穿電壓為700V，而當其功率MOSFET關斷時，變壓器原邊的直流輸入電壓、原邊繞組的感應電壓以及由變壓器的漏感而產生的尖峰電壓，三者疊加在一起，其值可能超過700V，故必須在TOPSwitch的漏極增加箝位電路和吸收電路，用以保護功率MOSFET不被損壞。

C3為TOPSwitch控制端的旁路電容，其作用是對控制電路進行補償，并能設定自動重啟動頻率。電路中所選參數值已將自動重啟動頻率設定為1.2Hz。

D2及D3為高頻輸出整流二極管，其中D2為MUR420型超快恢復二極管，其最大反向工作電壓為200V，額定整流電流為4A；D3為1N4148型玻封高速開關二極管，其最大反向工作電壓75V，平均整流電流150mA。

L1為濾波電感，其值約為20μH，是由非晶合金磁性材料制成的穿心電感，俗稱“磁珠”。其作用是濾除D2在反向恢復過程中產生的開關噪聲。

DZ2及DZ3為穩壓管，型號為2CW346。IC2為線性光耦合器，型號為PC817A，其內部發光二極管的導通壓降約為1V，正常工作電流If約為1～5mA，其直流電流傳輸比為80％～160％。

輸出電壓由兩只穩壓管電壓、PC817A中發光二極管的導通壓降以及電阻R4上壓降三者之和而確定，故改變R4的大小，就能改變（精確調節）輸出電壓的設定值，同時也能改變控制電路的增益，即改變控制電路的放大倍數。對于不同的輸出電壓要求，只須改變穩壓管和限流電阻R4的大小即可。如前所述，輸出電壓Vo的穩壓過程為：Vo↑（↓）→VR4↑（↓）→If↑（↓）→Ic↑（↓）→占空比↓（↑）→Vo↓（↑）。

3 實驗結果

該穩壓電源的實驗波形如圖3～圖8所示。當輸入如圖3所示，為Vi=80V時，輸出電壓vo如圖4所示（平均值Vo=19.8V），此時TOPSwitch的漏源電壓vDS波形如圖5所示。當輸入電壓如圖6所示，Vi=550V時，輸出電壓vo如圖7所示（平均值Vo=20.3V），此時TOPSwitch的漏源電壓vDS波形如圖8所示。實驗數據如表1所列。為了說明限流電阻R4對輸出的影響，現將不同的R4值所對應的輸出電壓列在表2中。

圖3 Vi波形（Vi=80V，100V/格）

圖4 vo波形（Vo=19.8V，5V/格）

圖5 vDS波形（Vi=80V，50V/格）

圖6 Vi波形（Vi=550V，200V/格）

圖7 vo波形(Vo=20.3V，10V/格)