多路输出单端反激式开关电源原理及设计.pdf

在开关电源领域，多路输出单端反激式开关电源因其电路简单、体积小巧、成本低等优点，被广泛应用于需要多路输出电压的场合。本知识点主要围绕多路输出单端反激式开关电源的原理及设计展开介绍。 单端反激式开关电源的概念是指只使用一个功率开关器件来输出功率，其工作时只能在一个方向上向负载提供电能。反激式（Flyback）是一种变压器隔离型的拓扑结构，当功率开关管（如MOSFET）导通时，变压器初级存储能量；而当功率开关管关闭时，变压器次级释放能量。这种模式下，能量在开关管关闭时通过变压器传递到次级，并通过整流滤波电路输出稳定的直流电压。由于反激式开关电源在初级和次级之间存在磁隔离，因此它具有良好的输入与输出隔离特性。 在控制原理方面，单端反激式开关电源采用脉宽调制（PWM）控制技术来维持输出电压稳定。开关电源的控制器（如本文提到的TOPSwitch系列芯片）通过调整开关管的占空比来调节输出电压。当负载或输入电压发生变化时，反馈回路能够检测输出电压的变化，并通过改变控制端电流来调节占空比，进而稳定输出电压。 TOPSwitch系列芯片是美国Power Integrations公司推出的高集成度开关电源控制芯片。TOPSwitch系列芯片集成了高压功率MOSFET、PWM控制器、过流保护、过热保护等多种功能，简化了设计并提高了电源的可靠性和性能。TOPSwitch系列芯片分为多个型号，可适应不同输入电压和功率输出要求。 在电路设计方面，本文提到的开关电源被设计为小功率多路输出AC/DC电源，具体参数为输出最大功率10W，输入交流电压范围是85～265V。根据这些参数，电路采用了单端反激电路，并配置了输入滤波电路来滤除电网干扰，同时设计了钳位电路来吸收开关管关断时产生的尖峰电压。此外，输出环节设计中对输出电流较大的+5V输出电路增加了后级LC滤波器以减少输出纹波电压。 TOPSwitch-Ⅱ系列芯片是针对本电源设计的主要控制芯片，芯片的漏极与内部的MOSFET相连，控制极用于占空比控制，而源极则与高压功率回路的MOSFET的源极相连。芯片在过热时会自动关闭输出，以保护自身免受损坏。芯片的阈值电压有温度补偿功能，可以保证在温度变化时漏极电流的稳定。此外，芯片的重启需要断电或者将控制电压降至特定值以下。 在实际电路设计中，考虑到安全和电磁兼容（EMC），设计者采用了X电容和Y电容来分别滤除交流电源线之间的串模干扰和共模干扰。此外，压敏电阻被用来防止电压瞬间升高导致的损坏。 输出环节设计涉及到了多路不同电压等级的输出，每个输出电压都通过相应的整流滤波电路处理。例如+5V的输出环节采用了超快恢复二极管和LC滤波器来减少输出纹波电压。通过调整这些元件的参数，可以达到设计中规定的纹波电压要求。 整个电源设计成表面贴装的模块电源，便于与智能仪表主控部分集成在同一块PCB上，这对于缩小智能仪表体积、减少电路板数量有着积极的意义。设计中对于电源尺寸的考虑以及对元件布局的优化，能够有效地降低电磁干扰，提高电源工作的稳定性。 多路输出单端反激式开关电源的设计是根据应用要求进行电路拓扑选择、元器件选择、电路布局、以及电路参数优化的过程。设计者需要综合考虑电源的尺寸、效率、电磁兼容性、可靠性等多个方面，选择合适的芯片和外围元件，并通过精确计算和实验验证来实现一个稳定可靠的小功率多路输出开关电源。