反激式開關電源應用電路設計圖詳解

　　開關電源本身種類繁多，設計方法也復雜多樣，因此研究一種簡潔的方法去快速設計出所需要的通用型高效率，低廉價格的開關電源是很有必要的。

　　開關直流穩(wěn)壓電源是基于方波電壓的平均值與其占空比成正比以及電感、電容電路的積分特性而形成的。其基本工作原理是，先對輸入交流電壓整流，從而形成脈動直流電壓，經(jīng)過DC-DC變換電路變壓，再通過斬波電路形成了不同脈沖寬度的高頻交流電，然后對其整流濾波輸出需要電壓電流波形。如果輸出電壓波形偏離所需值，便有電流或電壓采樣電路進行取樣反饋，經(jīng)過與比較電路的電壓值進行參數(shù)比較，把差值信號放大，從而控制開關電路的脈沖頻率f和占空比D，以此來控制輸出端的導通狀態(tài)。因此，輸出端便可以得到所需的電壓電流值。

　　根據(jù)電力系統(tǒng)的實際需要，通過對各個部分進行分析，便可以設計出相應的開關電源產(chǎn)品。

　　圖1開關電源原理框圖

　　在設計開關電源時，首先就要面臨如何選擇合適的開關電源控制芯片。在選擇芯片的時候，要既能滿足要求，又不因為選型造成資源的浪費。下面就介紹利用TopswitchⅡ系列開關電源的功率損耗(PD)與電源效率(η)，輸出功率(Po)關系曲線，快速選擇芯片的型號，從而完成寬范圍輸入的通用開關電源的設計。

　　圖2 TOPSwitch芯片內(nèi)部原理圖

　　開關管保護電路

　　在開關芯片的漏極D側可以利用VDZ和VD兩個二極管對高頻變壓器的漏感產(chǎn)生的尖峰電壓進行箝位，可保護μ的D-S極間不被擊穿。例如VDZ可以選用瞬態(tài)電壓抑制器P6K200，其反向擊穿電壓為200 V.VD采用反向耐壓為600 V的UF4005($0.0444)型超快恢復二極管，亦稱阻塞二極管。

　　圖3給出了由TOPSwitch構成的反激式電源的原理圖。其工作過程如下：輸入交流電經(jīng)整流橋BR1整流后再經(jīng)電容C1濾波，變?yōu)槊}動的直流電。反激式變壓器與TOPSwitch將存儲于電容C1的能量傳遞給負載。當TOPswitch開關管導通時，電容C1兩端的電壓加到反激變壓器的原邊，流過原邊繞組的電流線性增加(如若在MOSFET開關管導通的瞬間變壓器副邊電流不為零，則由于副邊感應電勢反向，二極管D2截止，副邊電流變?yōu)榱悖欢判緝?nèi)的能量不能突變，故原邊電流躍變?yōu)楦边呺娏鞯?/ K，K為變壓器變比)，變壓器儲存能量;當MOSFET開關管關斷時，電感原邊電流由于沒有回路(此時，穩(wěn)壓管VR1的擊穿電壓因高于原變壓器的感應電勢而截止)而突變?yōu)榱悖儔浩魍ㄟ^副邊續(xù)流，副邊電流為TOPswitch開關管關斷時原邊電流的K倍，副邊繞組通過二極管D2對電容C2充電，此后，流過變壓器副邊的電流線性下降。二極管D1與穩(wěn)壓管VR1并接于變壓器的原邊以吸收由于變壓器原邊的漏感而產(chǎn)生的高壓毛刺。電阻R1、穩(wěn)壓管V R2、光耦U2與電容C5構成了電壓反饋電路以保證輸出電壓穩(wěn)定。電阻R2與VR2構成一假負載，以保證當電源空載或輕載時輸出電壓穩(wěn)定。電感L1與電容C3構成LC濾波器以防止輸出電壓脈動過大。二極管D3與電容C4構成一整流電路以提供光耦U2光電三極管的偏置電壓。電感L2、電容C6和C7用于降低系統(tǒng)的電磁干擾(EMI)。

　　圖3反激式電源的應用原理圖

　　圖4分別給出了輸入電壓220 V(交流)，輸出功率為40 W;輸入電壓85 V(交流)，輸出功率為24 W和輸入電壓85 V(交流)，輸出功率為40 W時的輸出電壓波形。

　　圖4不同電壓輸入條件下的電壓仿真輸出波形

　　通過仿真試驗，對電源的設計過程進行了認證。總體來說設計的開關電源，輸出波形較為穩(wěn)定，而且電磁兼容性好，抗干擾能力強，適合小功率開關電源的設計制造。直流穩(wěn)壓電源是現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)中的重要組成部分，好的直流電源系統(tǒng)是高質(zhì)量現(xiàn)代電子系統(tǒng)的重要保證。