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PI TOP247开关电源设计

先上图:

TOP247YN构成的三路隔离输出+ 15V+15V+5V开关电源电路如图所示。其输入电压变化范围为20-30V DC85-265V AC

整流桥型号为RS205,参数为反向耐压600V,最大可通过电流2A

初级保护电路由箝位电路(D5D8)构成,能有效抑制因高频变压器存在漏感而产生的尖峰电压,保护TOP247YN内部的功率开关管不受损坏。D8采用P6KE200A型瞬变电压抑制二极管(TVS),其反向击穿电压UB=200VV5选用的是UF4007型超快恢复二极管(SRD)。

C5为VCC端的旁路电容。

D6和C13组成反馈线圈输出端的高频整流滤波器。

次级高频整流管采用大电流、低压降的肖特基二极管,型号为21DQ103A/100V)。同时还使用了UF4007。后面还有滤波电路,输出端接有假负载。

铁氧体磁芯型号为EE25。为防止发生磁饱和现象,需要加入一定的气隙。

二.可以改进的方面

以上是直接测绘的变送器开关电源部分电路得到的电路图。经过分析,还有可以改进的地方,主要有以下两个方面。

1.    还可以在变压器的初级加上RC吸收电路,即在D8上并联R=68kΩ/2WC=4.7nF/1000V

2.    输出滤波部分,滤波电容值较小、没有接电感,这样会导致输出电压波动较大,而且在输出端接有保险管,不知是何用意。

三.核心部分的分析计算

另外,还有两个需要注意的方面,需要进行更加详细的分析和计算,才能对电路的工作原理有更加深入的认识。

1.  TOP247YN的外部管脚接法。

TOP247YN属于PIPower Integration)公司推出的第四代TOPSwitch-GX系列单片开关电源芯片。芯片共有六个引脚,除了必需的C(控制)、D(漏极)、S(源极)外,还具有三个特色引脚L(线电压检测)、X(外部限流)、F(频率)。线电压检测引脚可以实现过压(OV)、欠压(UV)等功能;外部限流引脚可以实现外部限流调节、远程开/关控制;频率引脚可以控制开关频率为66kHz或者132kHz

在本电路中,线电压检测引脚接至源极引脚则禁用此引脚的所有功能。频率引脚接至源极则开关频率为132kHz。外部限流引脚所接电阻R=27kΩ,对应的限流为Ilimit = 40%×3.60 = 1.44A

2.  高频变压器的设计,即变压器的尺寸和漆包线的线径、匝数等参数,与这些参数密切相关的还有电源的输出能力,即每一路的输出电流。

步骤1CORE(磁芯)  AP=AW*Ae=(Pt*10000)/(2ΔB*fs*J*Ku)      传递功率Pt = Po /η +Po

J:电流密度A/cm2(300~500)一般取350400Ku:绕组系数0.2~0.5一般取0.4η=0.75~0.85,一般取0.8△B = 0.185 T 一般取0.2附近以下

Pt = Po /η +Po = 12.375W   AP = AW*Ae = (12.375*10000)/(2*0.185*132*350*0.4) = 0.00335 (cm²)

步骤2估算临界电流 IOB( DCM / CCM BOUNDARY,临界模式取60~80%之间,可取0.75 )

0.75 * 0.5 = 0.375 A

步骤 3 求匝数比 N = [VIN(min) / (Vo + Vf)] * [Dmax / (1-Dmax)]

此处取直流输入,将纹波计入,Vo,主要输出电压,Vf,二极管管压降,取0.7V

VIN(min= 85.16 V

匝比 N = [85.16 / (5 + 0.7)] * [0.48 / (1-0.48)] = 13.79

步骤4 CCM / DCM临界状态之副边峰值电流ΔISB

ΔIsb = 2Iob / (1-Dmax) = 1.44 A

步骤5 计算次级电感 Ls 及原边电感 Lp

Ls =(Vo + Vf)(1-Dmax) * Ts / Δisb = (5 + 0.7)(1 – 0.48) * 7.6*10e-6 /1.44 = 15.6 uH

此处Vf为二极管管压降0.7VTs为开关周期 1/Fs

Lp = n^2*Ls= 2974uH    修正值→ 3 mH

步骤CCM时副边峰值电流ΔIsp.CCM时原边峰值电流ΔIpp

ΔIsp = Io(max)/(1-Dmax)+(ΔISB/2) = 0.5 / 0.52 + 1.44 / 2 = 1.68A

ΔIpp= ΔIsp/N = 0.12 A

步骤7 计算各绕组线径线股数线径

此处查线径规格表,用流过最大平均电流除以设定的电流密度,为消除集肤效应,线径最好不要超0.5,视开关频率而定,此处可查相关资料

πR² = 0.5 / 350  得 R = 0.21mm    集肤效应铜导线的穿透深度为△=66.1 / [sqrt(fs)] = 0.18mm

可见不能使用单股漆包线,这里有两种选择一是用多股线,另一种是用多股并绕。选用多股并绕。

计算初级Np线径=1 * 0.18(根数*直径)

计算次级Ns1线径=4 * 0.1

计算次级Ns2线径=1 * 0.18

步骤8 确定NpNs,(每匝伏特数Va = (Vo + Vf) / Ns

1) Np = Lp * ΔIpp / (ΔB* Ae)= 104

2) Ns = Np / n =7.54                  修正  8T

    3) Ns2=Vo2+Vf/Va=20.77            修正  21T

4)Nvcc = (Vcc + Vf) / Va = 16.79      修正  17T

匝数的选取只是近似值,实际试验中应对其进行细小调整,使其达到最佳

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2014-08-06 10:30
描述的很详细啊。。。能否再提供点资料呢。。
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2014-08-06 10:31
这个电源设计的最终效果如何??
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2014-08-06 10:57
楼主的设计很完整啊。只是还有的没有结束吧。。。
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2014-08-06 15:43
@q若不弃永相惜q
这个电源设计的最终效果如何??
效果很好的。三路隔离输出+ 15V+15V+5V。其输入电压变化范围为20-30V DC85-265V AC
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2014-08-06 15:43
@q若不弃永相惜q
描述的很详细啊。。。能否再提供点资料呢。。
给我你的联系方式,我发给你。
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2014-08-06 16:48
@陌路绝途
给我你的联系方式,我发给你。
好的。。以及站内信联系你。。
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2014-08-06 16:48
@陌路绝途
效果很好的。三路隔离输出+15V、+15V和+5V。其输入电压变化范围为20-30VDC和85-265VAC
有我需要的,参考借鉴下。。
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2014-08-06 16:49
@得意的小女生
楼主的设计很完整啊。只是还有的没有结束吧。。。
楼主有什么这方面的资料木??
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大财主11
LV.4
10
2014-08-06 23:00
上学的时候讨厌电~~结果工作了还干上了电~~哪壶不开提哪壶啊~~唉~~对开关电源是一窍不通啊~~现在就是想好好学学~~ 
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大财主11
LV.4
11
2014-08-06 23:01
楼主对于做开关电源有什么经验可以传授的木。。。
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dakjncdc
LV.7
12
2014-08-06 23:14
线电压检测引脚接至源极引脚则禁用此引脚的所有功能,这个的原因是什么呢??
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dakjncdc
LV.7
13
2014-08-06 23:15
我要做一个开关电源,输入电压是48vdc,输出电压是5vdc,输出电流是20adc,小功率的,选择什么电路结构好?双管正激行吗?如果行,那选择什么芯片呢,希望能够帮我解答下,非常感谢. 
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2014-08-06 23:16
我有个样品,AC86-264V输入,DC 7.5V 1A输出,输出滤波电容是用的两个电容并联,大小分别为1000U 16V 和220u 16V ,请问这两个电容是如何确定的。纹波要求小于 100mV。请教!此外输入滤波电容是用的4.7U 和10U 400V的,请问这两个电容又是怎么确定的呢?
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dakjncdc
LV.7
15
2014-08-06 23:19
我是一个对开关电源认识都还是个菜鸟的未入门者,但是我很想对此方面有一定的认识和了解,哪位大虾能给点资料或者提点意见给小弟 非常感谢。
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2014-08-06 23:20
@大财主11
楼主对于做开关电源有什么经验可以传授的木。。。
资料已经发送至你邮箱,很全的设计资料
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2014-08-06 23:21
@dakjncdc
我是一个对开关电源认识都还是个菜鸟的未入门者,但是我很想对此方面有一定的认识和了解,哪位大虾能给点资料或者提点意见给小弟非常感谢。

1,先学会电路知识,二极管,三极管,运算放大器2,理解控制的理论:主要是负反馈系统,3,学习开关电源的主回路开关电源的分类:

DC/DC:即没有变压器的电路:有BUCK(降压),BOOST(升压),BUCK-BOOST,CUK四种AC/DC:即有变压器的电路:正激,反激,推挽,半桥,全桥

如果按控制方式:分为脉冲宽度调节(PWM),脉冲频率调节(PFM),PWM和PFM混合式。一般的用的PWM脉宽调节比较多4,学习磁路,磁的原理。磁学比较难。

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2014-08-06 23:22
@dakjncdc
我是一个对开关电源认识都还是个菜鸟的未入门者,但是我很想对此方面有一定的认识和了解,哪位大虾能给点资料或者提点意见给小弟非常感谢。
如果你懂电路,尤其是模拟电路,建议你学好磁学。尤其是与开关电源设计密切相关的电感、变压器设计的基础。 
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2014-08-06 23:22
@dakjncdc
线电压检测引脚接至源极引脚则禁用此引脚的所有功能,这个的原因是什么呢??
为了降低损耗。。提高效率
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2014-08-06 23:23
@得意的小女生
我有个样品,AC86-264V输入,DC7.5V1A输出,输出滤波电容是用的两个电容并联,大小分别为1000U16V和220u16V,请问这两个电容是如何确定的。纹波要求小于100mV。请教!此外输入滤波电容是用的4.7U和10U400V的,请问这两个电容又是怎么确定的呢?
输入电容的大小电压应该是有峰值来确定的,交流输入的峰值应该是311V,但是考虑电网的波动,输入电容的电压取400V 比较好,另外容量问题因该是由体积限制的,一般由于容量越大,体积越大,在外型有限制的时候要综合考虑,一般滤波选容量大点的比较好.综合这两方面应该可以确定容量大小了.另外,输出电容电压也是由输出电压限制,一般要比输出电压大,在电解电容输出电压中大于7.5V的有10V16V等级的,考虑大电压变化,16V等级的比较好,电容容量越大,输出电压越平滑,这个也要受外型限制,综合考虑应该就可以了.
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2014-08-06 23:25
@陌路绝途
输入电容的大小电压应该是有峰值来确定的,交流输入的峰值应该是311V,但是考虑电网的波动,输入电容的电压取400V比较好,另外容量问题因该是由体积限制的,一般由于容量越大,体积越大,在外型有限制的时候要综合考虑,一般滤波选容量大点的比较好.综合这两方面应该可以确定容量大小了.另外,输出电容电压也是由输出电压限制,一般要比输出电压大,在电解电容输出电压中大于7.5V的有10V和16V等级的,考虑大电压变化,用16V等级的比较好,电容容量越大,输出电压越平滑,这个也要受外型限制,综合考虑应该就可以了.
哦哦。。好的。谢谢你的建议,我试试。。
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大财主11
LV.4
22
2014-08-06 23:27
@陌路绝途
资料已经发送至你邮箱,很全的设计资料
谢谢了。。资料很多啊。楼主做了很多这方面的设计吗??
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2014-08-06 23:28
方案有什么问题的大家一起讨论。。。
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大财主11
LV.4
24
2014-08-06 23:29
我做了个400HZ逆变电源3000W ,直接用50HZ逆变电路做的,输出28K调制波,直接出了个400HZ基准波,出正弦波,但是输出波形不好,调整输出调制输出 电感600uH和电容4.4U,可以把输出波形整好,在空载情况下的调制下管很热,带载没事。求个解决方案 谢谢
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2014-08-06 23:30
@大财主11
我做了个400HZ逆变电源3000W,直接用50HZ逆变电路做的,输出28K调制波,直接出了个400HZ基准波,出正弦波,但是输出波形不好,调整输出调制输出电感600uH和电容4.4U,可以把输出波形整好,在空载情况下的调制下管很热,带载没事。求个解决方案谢谢
能够描述的更详细点木?看我能不能帮你解决。。
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sddcacaxzx
LV.3
26
2014-08-06 23:38
本人在做逆变电源,想在逆变前面加一个buck做调功用,不知道这个开关管如何选择,而且是否可以用光耦TLP250驱动,看的有的论文说是可以的,如果单独用一片IR2110能不能驱动?
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sddcacaxzx
LV.3
27
2014-08-06 23:41
@陌路绝途
方案有什么问题的大家一起讨论。。。
我现在做LED驱动电源,最近在做一款电源,灌胶前后,电流和PF都相差太大,请高手指教一二
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2014-08-06 23:45
@sddcacaxzx
我现在做LED驱动电源,最近在做一款电源,灌胶前后,电流和PF都相差太大,请高手指教一二
推测:灌胶,影响了磁性元件的感量。
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sddcacaxzx
LV.3
29
2014-08-06 23:47
@陌路绝途
推测:灌胶,影响了磁性元件的感量。

电源单独放在外面的时候PF0.99,温度也不高。但是今天装到灯管中后,刚开始PF0.98,后来变成0.88,再后来输入功率也不在是稳定的9.5W,开始乱跳,最后跳到十几瓦,我就关掉了。重新拆出来后,接入电源没有上述异常现象。这个是哪个方面引起的呢?

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sddcacaxzx
LV.3
30
2014-08-06 23:47
@sddcacaxzx
电源单独放在外面的时候PF0.99,温度也不高。但是今天装到灯管中后,刚开始PF0.98,后来变成0.88,再后来输入功率也不在是稳定的9.5W,开始乱跳,最后跳到十几瓦,我就关掉了。重新拆出来后,接入电源没有上述异常现象。这个是哪个方面引起的呢?

灯管单独放到桌子上,电源放到铝管里没有问题,但是一把灯板放到铝管上,就会出现异常现象,灯板底层是喷锡了的直接接触铝管,贴上胶带后还是有问题。L6562乘法器输入分压电阻选的2M和5.6K不知道是否有影响(正常工作100V)

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2014-08-06 23:48
@sddcacaxzx
灯管单独放到桌子上,电源放到铝管里没有问题,但是一把灯板放到铝管上,就会出现异常现象,灯板底层是喷锡了的直接接触铝管,贴上胶带后还是有问题。L6562乘法器输入分压电阻选的2M和5.6K不知道是否有影响(正常工作100V)
你这个电源的磁性器件接触到金属外壳了木??
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