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1 引言 多路輸出開(kāi)關(guān)電源廣泛應用在各種復雜小功率電子系統中，就多路輸出而言，通常只有輸出電壓低、輸出電流變化范圍大的一路作為主電路進(jìn)行反饋調節控制，以保證在輸入電壓及負載變化時(shí)保持輸出電壓穩定，由于受變壓器各個(gè)繞組間的漏感和繞組電阻等的影響，輔助輸出電壓隨輸出負載的變化而變化，通常，當主輸出滿(mǎn)載和輔助輸出輕載時(shí)，輔助輸出電壓將升高，而當主輸出輕載和輔助輸出滿(mǎn)時(shí)，輔助輸出電壓將降低，這就是多路輸出的負載交叉調整率問(wèn)題，筆者基于TOPSwitch-GX系列設計了一種多路輸出開(kāi)關(guān)電源，很好的解決了多路輸出的負載交叉調整率問(wèn)題，該電源在各種工況下都能穩定輸出，主輸出電壓紋波小于3%，各路輔助輸出紋波小于5%，負載交叉調整率小于5%，在交流伺服系統中，該電源給系統控制部分部及功率部分供電，開(kāi)關(guān)電源的性能直接影響到交流伺服系統的伺服特性，如何設計一個(gè)穩定性能好、交叉調整率小、電壓紋波小的開(kāi)關(guān)電源是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。 2 TOPSwitch-GX系列簡(jiǎn)介 2.1 與TOPSwitch-FX的性能比較 TOPSwitch系列單片機開(kāi)關(guān)電源是美國功率集成公司于上世紀90年代中期推出的新型高頻開(kāi)關(guān)電源，它是三端離線(xiàn)式PWM開(kāi)關(guān)的英文縮寫(xiě)（Three Terminal Off Line PWM Switch）被譽(yù)為“頂級開(kāi)關(guān)電源”。它的特點(diǎn)是將高頻開(kāi)關(guān)電源中的PWM控制器和MOSFET功率開(kāi)關(guān)管集成在同一芯片上，是一種二合一器件。TOPSwitch-GX是該公司推出的第四代系列產(chǎn)品，除具備TOPSwitch-FX系列的全部?jì)?yōu)點(diǎn)外，它還將最大輸出功率從75W提高到290W，適合構成大中功率的高效率，隔離式開(kāi)關(guān)電源；將開(kāi)關(guān)頻率提高到132KHz，有助于減小高頻變壓器及整個(gè)開(kāi)關(guān)電源的體積，適合作為伺服電機控制板的板載電源的主控器件，當開(kāi)關(guān)電源負載很輕時(shí)，它能自動(dòng)將開(kāi)關(guān)頻率從132KHz降低到30KHz（在半頻模式下，則由66KHz降到15KHz）,可降低開(kāi)關(guān)損耗，進(jìn)一步提高電源效率，采用被稱(chēng)作EcoSmart的節能新技術(shù)，顯著(zhù)降低了在遠程通/斷模式下的功耗，當輸入交流電壓是230V時(shí)，功耗僅為160mW。 2.2 TOPSwitch-GX的工作原理 TOPSwitch-GX的內部主要由18個(gè)部分組成，與第三代TOPSwitch-FX系列的主要區別是在該系列的基礎上作了一些改進(jìn)，在原有的5個(gè)組成部分上新增加了3個(gè)單元電路，電流極限調節器也增加了軟啟動(dòng)輸出端；將頻率抖動(dòng)振蕩器產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)頻率提升到132KHz（全頻模式）或66KHz（半頻模式）；給頻率抖動(dòng)振蕩器增加了一個(gè)“停止邏輯”（STOP LOGIC）電路，使只工作更為可靠。TOPSwitch-GX利用反饋電流Ic來(lái)調節占空比D，達到穩壓目的，當輸出電壓U0降低時(shí)，經(jīng)過(guò)光耦反饋電路使反饋電流Ic減小，占空比則增大，輸出電壓隨之升高，最終使U0維持不變，同理，當輸出電壓Uo升高時(shí)，通過(guò)內部調節，也能使U0維持不變。 3 電源主電路設計方案 3.1控制板和功率板電源需求 電源是為交流伺服系統的控制板和功率板供電的，并以板載電源的形式作為控制板和功率板組成的一部分，系統對板載電源的要求是電壓紋波小于5%，多路輸出電壓交叉調整率低于5%，在各種工況下能穩定輸出，滿(mǎn)足系統的供電需求，控制板和功率板電源地之間相互隔離，避免電磁干，要求電源能軟啟動(dòng)，避免瞬間高壓對系統產(chǎn)生不良影響，根據系統要求，設計的多路輸出板載電源的各路輸出電壓，電流及作用如表1所示，其中+5V與+15V二路輸出共地，+3.3V無(wú)與+5V二路輸出共地，兩組地彼此是相互電氣隔離的。 3.2 電源主電路 板載電源主電路如圖1所示。電源采用單端反激式拓撲結構，選用TOPSwitch-GX系列電路，當電源輸入電流85V-265V時(shí)，交流電壓U依次經(jīng)過(guò)電磁干擾（EMI）濾波器、輸入整流濾波器和系列軟啟動(dòng)電路得到直流高壓DCP，DCP經(jīng)過(guò)R68接L端，能使極限電流隨DCP升高而降低，使用箝位二極管和阻斷二極管D1替代價(jià)格較高的TVS(瞬態(tài)電壓抑制器）,用于吸收在TOP244Y關(guān)段時(shí)高頻變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰電壓，對漏極起到保護作用，次級電壓經(jīng)整流、濾波后變?yōu)槎嗦份敵�，其�?5V電源輸出和輔助輸出用的是快速恢復二極管，其他輸出用的是肖特基二極管，其目的是減少整流管的損耗。
TOPSwitch-GX系列單片開(kāi)關(guān)電源具有單片集成化、外圍電路簡(jiǎn)單、性能指標最佳、無(wú)工頻變壓器、能完全實(shí)現電氣隔離等顯著(zhù)特點(diǎn)，極大簡(jiǎn)化150W以下開(kāi)關(guān)電源的設計和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，能大大縮短開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)發(fā)周期。多路輸出電源被廣泛應用于電機控制系統和其他電力電子設備中作為輔助電源，設計的多路輸出電源經(jīng)實(shí)際應用證明是可靠的，稍加改動(dòng)就可應用在其他控制系統和電路中。 |
