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                彩乐乐网发烧友网 > 电源/新能源 > 正文

                TOP250Y开关电源的工作原理及关键电路参数设计

                2020年09月12日 11:41 ? 次阅读

                引 言

                TOPSwitch电源技术是近年︽来迅速发展的一种开关电源技术,因其在体∏积、效率和可靠性等方面的优势,目前在△通信、计算机和家用电器等众多领域中得▓到了非常广泛的应用。但由于前几代TOPSwitch遍存『在输出功率受限的不足之处,使其在要求有较大输出功率的电源应用中受到很大的限制。针对这◆种情况, Power Integrations公司推出〖了TOPSwitch的第四代单芯片高压IC系列: TOPSwitch-GX系列。

                TOPSwitch-GX单芯片高压IC 系列将高压功率MOSFET、PWM控制、故障保护和其他控制电路等高性价比地集成在单片CMOS芯片上。其内建⊙特性包括用于在启动时消除过冲和降低元件应力的软启动、减小EMI 的频率抖动、欠压保护和过压保护、可编程限流ζ 等优异特性。

                与TOPSwitch-GX系列其它产品一样,因为其采用了单芯片控制的设计理念,而且TOP250Y只◣有很少的三四个外围元器件,这就使得相同∏设计的电源尺寸更小、待机效率更高、系@统成本更低,并保持☆了用途广泛和设计简单的特色,使电源设计能为290W以下的应用创造出高性价比的方案。

                本文具体分□析了TOP250Y开关电源的工作原理,并详细介绍了TOP250Y型芯片在大功率开关电源应用中关▲键电路参○数的设计方法,并给出了设计实例。该实例中电源最大输出々功率达到了288 W,对单芯片TOPSwitch在ζ大功率开关电源领域内的应用研究◣具有指导意义。

                TOP250Y开关电源的基本原理

                TOP250Y型芯片有六个ξ 管脚:D、S、C、F、X、L,简单的TO220-7C 封装外形简图如图1所示。

                图1 TOP250Y封︽装外形图

                图1各管脚功能如下:

                漏极管脚(D):高压功率MOSFET漏极输出。控制管脚(C):用于调节占∮空比的误差放大器电流输入脚。

                源极管脚(S):将其连接至输出MOSFET源极时可得到高压功率回馈。

                电压检测∞管脚(L):具有欠压保↓护、过压保护、减少Dmax的线性前馈及远程开关等功能。外部限流◣管脚(X):用于外部电流限制值设置ω 的输入脚。

                频率管脚(F):用于选择开关频率◥的输入脚。由TOP250Y构成288W(24V/12A)大功率高效开关电源的电路如图2所示。

                图2 由TOP250Y构成的开◣关电源电路

                其交流输入电压范围是交流176~264V ,满※载时电源效率可达86%。交流电压UI 依次经过电々磁干扰(EMI) 滤波器(C1,L1)、输入整流滤波器(V1,C2) 获得直流高压。直流≡高压经过R1 后接N1 的L端,为TOP250Y提供电压前馈信号,实现过压∞保护、欠压保护以及使电源随输入电压改变Dmax功能。这里将N1的X 脚接地,使TOP250Y 工作在最大占空比ぷ,因此,即使在宽范围输入时,电源也能达到↘最大连续输出功率PoM=290W。将N1的F脚接地,使TOP250Y工作在较高的132kHz频率上,采用这种设计方▆法允许高频变压器选用尺寸较小的磁芯,并防止↙出现磁饱和现象。

                次级电☉压经过V5,C8~C11,L2和C12整流滤波后█,获得+ 24V/12A的〇稳压输出。C8~C11滤除纹波电压,L2和C12则用来消除开关噪声。该电源采用一个简单的串联稳压管方式的光耦反馈电路。E1为4N25型线性光耦合器。V7和V8分别采用1N963 和1N962 型稳压管。其稳压原理如下』:当由于某种原因致使输出电压Uo↑,所产生的误差电压使E1中LEDIF↑,光耦接收管的◇IE↑,使得N1 控制端①电流Ic↑,而占空比D ↓,导致Uo↓,从而实现了稳压目的。反之, Uo↓→I F↓→I E↓→Ic↓→D↑→Uo↑,同样起到稳压作№用。

                当开关电源空载时」,TOP250Y能采用跳过↑周期的方式极大地降低最大输出占空比,使得Dmax《2%。因此,在输出端无须⌒ 接假负载▃,这样还可降低空载或待机状态下的功耗。

                V6和C14为次级提供软启动,C14为软启动电容,能消除刚接通电源时产生的电压过冲现象,使反馈№绕组提供给N1的C脚电压先于输出电压,这样就保证了即使在低输入电压和满载情况下㊣ ,也能使输出电压在启动时正常调整。电阻R5和电容C13构成控制环路补偿电路。

                反馈绕组电╱压经过V4和C5整流滤波后,产生12 V的反馈电压,经过E1 给TOP250Y 的控制端提供偏压。C4 是旁路电容,它还与R3 和C3 构成控制环路的补偿电路。

                齐纳箝位管V2、超快速二极管V3、电阻R2和电容C6组成尖峰吸∩收电路。用于※吸收在TOP250Y关断时由高频变压器漏感产生的♀尖峰电压, 对TOP250Y中MOSFET管的漏极起到△保护作用。

                由于V2上并联R2和C6,在正常工作时,R2几乎承担了所有的泄放能量,而在启动或超载ζ 的情况下,V2又限制了尖峰电压不超过N1中MOSFET管的安全电压(700V)。

                关键电路设计与实例

                举例电路参︾数: 交流UI=176~264V, f=132kHz, D =0.5, Uo=24V, Io=12A, Po=288W,纹波≤1%。

                输入滤波电容的设计

                考虑市电掉一个①脉冲的时间是10 ms ,取电源输出的保持时间td=10ms ,电容C2 上的直流★电压从250V(176V×1.414)下降到220 V后,输出才开始下降。故

                PQ3535的功率『容量乘积为1.72 ,为0.66的3倍,如果按50%的余量□ 计算,在132kHz开关频率工作时,PQ3535的输出功率可达375W ,因此设计值为△288W是充分留有余量的。

                变压器的各电参数设计

                a.计算∞初级绕组的电感

                依据上述计算参数及耐压要求,查手册实际选用四只35V/1000μF电容并联,其等效ESR 约为0.017Ω,满足设计要求。

                尖峰吸收电路和环路控制频率〓补偿电路的〖设计

                尖峰吸收◣电路和环路控制频率补偿电路的设︽计也可由相应公式得到,但由于电路元器件参数差别和加工工艺的◤影响,上述两种电路参数的设计还需要大量实验数据验证,因此仅给出本电源设计的参数,这里就不再赘述了。

                试验结果

                通过用LeCroy公司生产的电源专用示波器测试,得到本♀电源设计的主要试验结果如下:

                Po = 290.402W;空载功耗≤1.48W; 线性调整率≤±0.97%;负载调整率≤±1.74%; 纹波≤0.95%;效率≥86.1%。

                结 语

                根据¤上述理论, 成功设计了一种新一〓代TOPSwitch控制⊙的大功率开关电源。不仅证明了设计∩方法的正确,而且整个电路设计简洁,电源可靠性也得到很大提高。随着对TOPSwitch的进一步研Ψ究,由新一代TOPSwitch控制的大□功率开关电源必将得到更加广泛的应用。

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                二元二位继电器是用来指示改轨道电路区段占用空闲情况:吸起为空闲;落下为占用◥或故障。
                发表于 2020-09-07 16:40? 157次阅读
                25HZ相敏轨道电路总体设计 轨道变压器的变比

                磁路】转换适用情况及原理分析

                电路对偶变换:简单来说就是串联变并联,电阻变电导,KCL变KVL,电压源变电■流源。..常用于电路等效....
                发表于 2020-09-07 16:28? 465次阅读
                磁路转换适用▓情况及原理分析

                PWM和PFM的特征

                脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。这是按稳压的控制方式分类的,除了PWM型,还有PFM型和PW....
                发表于 2020-09-07 15:32? 137次阅读
                PWM和PFM的特征

                处理KZ/KF电源和JZ/JF电源混电故◥障的解决...

                信号电源混电通常是指在有负载情况下的信号电源质量问题。在6502联锁】电路中从电路完整结构方面着手,以....
                发表于 2020-09-07 15:18? 121次阅读
                处理KZ/KF电源和JZ/JF电源混电故障的解决...

                儒卓力电源管理系统新增SUMIDA脉冲变压器

                SUMIDA提供多款符」合RoHS要求和AEC-Q200认证№的变压器产品,适用于新能源〓和混合动力汽车。
                发表于 2020-09-05 09:33? 132次阅读
                儒卓力电源管理系统新增SUMIDA脉冲变压器

                ACREL-2000电力监控系统在电力工程⊙配电系...

                用户侧配电系统的智能化,科学化管理已经成为当前配电系统的主流需求。针对用户侧配电体系设计的智能配电系....
                发表于 2020-09-04 11:42? 70次阅读
                ACREL-2000电力监≡控系统在电力工程配电系...

                请问如何使电压方向一定?

                我的电路图中,如果带有12.6V电源的USB公头和USB母头相接后,可以正常向锂电池█充电,但是从USB母头中拔下...
                发表于 2020-09-03 21:33? 1次阅读
                请问如何使电压方向一定?

                SF6气体绝缘变压【器的试验项目、周期和要求

                [table=98%] [tr][td=35]序号[/td][td=100]项    目[/td][td=80]周    期[/td][td=215]要 ...
                发表于 2020-09-03 21:15? 0次阅读
                SF6气体绝缘变压器的试验项目、周期和要求

                隔离∩开关电源模块的设计流程分享

                  开关电源有各种类型的电路,可以根据其不同特长而设计出能够满足不同应□用场合的电源。下面我们给大家分享隔』离开关...
                发表于 2020-09-03 17:59? 303次阅读
                隔离开关电源模块的设计流程分享

                中国移动积极探索“5G+全栈国@ 产化+智能电网”各...

                于2002年投产使用的鹏城站是深圳第2座500千伏变电◢站,目前共有4台主变压器,在迎峰度夏高峰期最高....
                发表于 2020-09-03 15:28? 684次阅读
                中国移动积极探索“5G+全栈国产化+智能电网”各...

                最后3天!报名英飞凌云端大会,感受极致 “功率 ...

                号外、号外、号外, 英飞凌电源与传感系统▓云端大会 启动啦~ 9月7日-11日, 两岸三地、专家携手,....
                发表于 2020-09-03 14:20? 518次阅读
                最后3天!报名英飞凌云端大会,感受极致 “功率 ...

                开关□ 晶体管驱动可以在几十万赫兹的工作频率电路中使...

                1. 开关晶体管驱↑动方法不是最佳方案,可能存在过驱动或者驱动不足情况,还有就是开关管的反偏置电流不足....
                发表于 2020-09-03 11:46? 284次阅读
                开关晶体管驱动可以在几十万赫兹的工作频率电路中使...

                开关电源拓扑主电流回流ζ路径设计的总体原则◆

                B.对于〓隔离开关电源拓扑结构,电流回路被变压器隔离成两个或多个回路(原边和副边),电流回路要分开最小....
                发表于 2020-09-03 11:31? 449次阅读
                开关电源拓扑主电流回流路径设计的总体原则

                金升阳推出内置高压▲MOS管功率开∴关的AC/DC电...

                SCM1738ASA是一款内置高压MOS 管功率♂开关的原边控制开关电源(PSR),采用PFM 调频技....
                发表于 2020-09-02 15:08? 434次阅读
                金升阳推出内置高压MOS管功率开关的AC/DC电...

                一文读懂PLC/DCS技术电路说明

                可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制¤系统(DCS)用于监测和控制工业自动化应用中的智能(支持HAR....
                发表于 2020-09-01 15:16? 1007次阅读
                一文读懂PLC/DCS技术电路说明

                开关电源:减小纹波和噪声电压的解决方法∏

                下面给大家介绍下。减少EMI的干扰采用金属外壳做屏蔽减小外界电磁场辐射干扰。为减少从电源线输入的电磁....
                发表于 2020-09-01 09:35? 350次阅读
                开关电源:减小纹波和噪声电压的解决方法

                电控系统中常见的开关电源类型及直流电压↑等级

                随着电控系统中对控『制回路安全性要求提高,控制回路的工作电压是越来越趋于直流低压化。由此,控制回路内各....
                发表于 2020-09-01 09:35? 226次阅读
                电控系统中常见的开关电源类型及直流电压等级

                使用高压差分探头的示波器安全↙测量市█电方案

                零线(N):为火线提供回路,在发电站或变电〒站端接地;由于⌒ 是远端接地,因此在居民楼用户端电位不一定为零....
                发表于 2020-08-31 16:55? 181次阅读
                使用高压差分探头的示波器安全→测量市电方案

                基于虚拟仪器技术实现「变压器监测系统的设计

                设计开发变压器监测系统♀(TMS)以完成关键参数的采集、处理、分析以及与数据中心的通信工作,进而对电力....
                发表于 2020-08-31 13:57? 78次阅读
                基于虚拟仪▲器技术实现变压器监测系统的设计

                使用AD620仪表放大器来实现扩展DSO功能

                遭到卐挫折后,我在工作台上寻找一些零散的元▼件,搭一个能解决这个问题的电路。搜集到零部件中恰好有一个仪○表....
                发表于 2020-08-31 13:40? 95次阅读
                使用AD620仪表放大器来实现扩展DSO功能

                从三大方面闲谈开关电源的电〗磁干扰抑制方法

                之前民熔小课堂分享㊣ 了开关电源电磁干扰的五个干扰源,而电磁兼容的三要素是干扰源、耦合通路和敏感体。抑制....
                发表于 2020-08-31 09:53? 218次阅读
                从三大方面ξ 闲谈开关电源的电磁干扰抑制方法

                遇到开关电源电压输出异常时的诊断和维修措施

                民熔小课堂在之前的分享中提到㊣了开关电源电压输出异常的几种情况,而它们的●异常原因也大致探讨了部分。那么....
                发表于 2020-08-31 09:41? 271次阅读
                遇到开关电源电压输出异常时的诊断和维修措施

                开关电源的电路基】本组成和分类

                各种事╲物都有规律,而不同类型的开关电源在电路上总体来说都有相】同的地方。之前民熔小课堂多少也提到了部⌒分....
                发表于 2020-08-31 09:34? 329次阅读
                开关电源的电路基本组成和︼分类

                变压器∞零序阻抗的定义 变压器零序阻抗接法要点

                零序参数(阻抗)与网络结构,特别是和变压器的接线方式及中性点接地方式有关。
                发表于 2020-08-30 11:42? 470次阅读
                变压器零序阻抗的定义 变压器零序阻抗接法要点

                电源ぷ产品的PCB设计需要面临什√么样的挑战

                目前在科技产品飞速发展的趋︼势下,电源产品的PCB设计面临着更╳大的挑战,主要包括电源转换效率、热分析、....
                发表于 2020-08-29 17:18? 276次阅读
                电源产品的PCB设计需要面临什么样的挑战

                为什么两根相线之间的电☉压是380V

                我们从电压矢量图中可以清晰的看出来,线电压是相电压的√3倍,变压器▃二次侧引出的A相B相C相任意两〓项之◆....
                发表于 2020-08-28 16:59? 310次阅读
                为什么两■根相线之间的电压是380V