開關(guān)電源測試：逆變電源單片開關(guān)模塊電源的電路設(shè)計

開關(guān)電源測試：逆變電源單片開關(guān)模塊電源的電路設(shè)計

這次講座介紹由TOP224P構(gòu)成的開關(guān)電源模塊。該模塊可用作儀器儀表、手機電池充電器、衛(wèi)星通信解碼器的電源。

1 12V、20W開關(guān)電源模塊的電路設(shè)計

該模塊的內(nèi)部電路和印制板元件布置，分別如圖1、圖2所示。單面印制板的尺寸為91mm×43mm，安裝元器件后的最大高度為27mm。電路中使用兩片集成電路：三端單片開關(guān)電源TOP224P(IC1)，線性光耦合器PC817A(IC2)。交流電源經(jīng)過BR和C1整流濾波后產(chǎn)生直流高壓U1，給高頻變壓器的初級繞組供電。VZ1和VD1能將漏感產(chǎn)生的尖峰電壓箝位到安全值，并能衰減振鈴電壓。VZ1采用反向擊穿電壓為200V的瞬態(tài)電壓抑制器P6KE200，VD1選用1A/600V的超快恢復(fù)二極管UF4005。

次級繞組電壓通過VD2、C2、L1和C3整流濾波，獲得12V輸出電壓UO。UO值是由VZ2穩(wěn)壓值、光耦中LED的正向壓降、R1上的壓降這三者之和來設(shè)定的。改變高頻變壓器的匝數(shù)比和VZ2的穩(wěn)壓值，還可獲得其他輸出電壓值。R2和VZ2還為12V輸出提供一個假負載，用以提高輕載時的負載調(diào)整率。反饋繞組電壓經(jīng)VD3和C4整流濾波后，供給TOP224P所需偏壓。由R2和VZ2來調(diào)節(jié)控制端電流，通過改變輸出占空比達到穩(wěn)壓目的。

共模扼流圈L2能減小由初級繞組接D端的高壓開關(guān)波形所產(chǎn)生的共模泄漏電流。C7為保護電容，用于濾掉由初、次級耦合電容引起的干擾。C6可減小由初級電流的基波與諧波所產(chǎn)生的差模泄漏電流。C5不僅能濾除加在控制端上的尖峰電流，而且決定了自起動頻率，它還與R1、R3一起對控制電路進行補償。　

該開關(guān)電源模塊的SVUi、S1IO、ηUi的關(guān)系曲線如圖3所示。圖3(a)示出當IO=1.67A時，電壓調(diào)整率SV與交流輸入電壓Ui的關(guān)系。圖3(b)示出在Ui=230V時負載調(diào)整率SI與輸出電流IO的關(guān)系。圖3（c）(d)分別示出當PO=20W、4W時電源效率與交流輸入電壓Ui的關(guān)系曲線。在上電過程中，直流高壓UI建立之后需經(jīng)過160ms(典型值）的延遲時間，輸出電壓UO才達到12V的穩(wěn)定值。UO與UI的時序波形如圖4所示。延遲時間180－20=160ms。圖中假定Ui=212V，UI=Ui=300V。若需增加軟起動功能以限制開啟電源時的占空比，使UO平滑地升高，應(yīng)在VZ2的兩端并聯(lián)一只軟起動電容C8(如圖1中虛線所示)。C8的容量范圍為4.7μF～47μF。當C8=4.7μF、10μF、22μF、47μF時，所對應(yīng)的軟起動波形如圖5所示。上述4種情況下，軟起動時間依次為2.5ms（8.5－6ms）、2.5ms（8.5－6ms）、4ms(10－6ms)、8ms(14－6ms)。在軟起動過程中UO是按照一定的斜率升高的，能對TOP224P起到保護作用。斷電后C8可通過R2進行放電。

設(shè)計印制板時需專門留出一塊敷銅區(qū)，作為TOP224P的散熱板。當PO=20W時，敷銅面積S=8cm2;PO=15W,S=3.6cm2。

2 性能特點與技術(shù)指標

(1)采用一片TOP224P型三端單片開關(guān)電源，配PC817A型光耦合器，構(gòu)成帶穩(wěn)壓管的光耦反饋電路，能將85V～265V交流輸入電源Ui變換成12V、1.67A的直流穩(wěn)壓輸出。　　

(2)電路簡單，穩(wěn)壓性能好，成本低。外圍電路僅需21個元器件。其電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率約為±1％，電源效率可達78％。在25℃的環(huán)境溫度下，可連續(xù)輸出20W的功率。峰值輸出功率為30W。　　

(3)體積小，重量輕。TOP224P利用印刷板上的敷銅箔散熱，不需外接散熱片。　　

(4)便于對電路進行改進。只需重新設(shè)計高頻變壓器，改變匝數(shù)比和增加少量元件，即可實現(xiàn)多路穩(wěn)壓輸出或恒流輸出。　　

該模塊的主要技術(shù)指標如下：　　

交流輸入電壓范圍：Ui=85V～265V　　

輸入電壓頻率：f=(47～440)Hz　　

輸出直流電壓：UO=12V±5％　　

最大輸出電流：IOM=1.67A　　

連續(xù)輸出功率：PO=20W(TA=25℃)，或15W(TA=50℃)　　

電壓調(diào)整率(Ui=85V～265V):SV=±1％

負載調(diào)整率（IO=0.167A～1.67A）：SI=±1％

效率：η=78％

輸出紋波電壓的最大值：±60mV　　

工作溫度范圍：TA=0℃～50℃。

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