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1、多路输出式单片开关电源的电路设计（单片开关电源技术讲座之三）河北科学大学沙占友庞志锋武卫东（石家庄050054）摘要：单片开关电源是国际上90年代才开始流行的新型开关电源芯片。本文阐述其多路输出式电路设计方法。关键词：单片开关电源多路输出电路设计中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编号：02192713(2000)1054504许多家电产品（如电视机、机顶盒解码器、录像机）都需要由多路稳压电源来供电。在电子仪器、自控装置中也要给各种模拟与数字电路提供多路电源。利用单片开关电源可实现多路电压输出。下面通过一个典型实例来详细介绍多路输出式开关电源的优化设计。1电路设计方案11确定多路输出的技术
2、指标假定要设计的开关电源具有三路输出：主输出UO1（5V，2A，10W）,辅助输出为UO2（12V，1.2A，14.4W）和UO3（30V，20mA，0.6W）。总输出功率为25W。技术指标详见表1。各路输出的稳压性能对于电路结构和高频变压器的设计至关重要。通常，主输出的稳定性要高于辅助输出。现将5V作为主输出，专门供CMOS，TTL数字电路使用，其负载调整率SI1，其余两路优于5。12确定反馈电路多路输出的反馈电路有四种类型：基本反馈电路；改进型基本反馈电路；配稳压管的光耦反馈电路；配TL431的光耦反馈电路。以第四种电路的稳压性能为最佳。利用表2可选定反馈电路。需要指出，多路输出要比单路输
3、出的SI值高，并且主输出指标优行辅助输出。表2可供多路输出选择的四种反馈电路反馈电路类型负载调整率电路说明主输出辅助输出基本反馈电路510在输出端并联一只稳压管，可改善轻载时的负载调整率。改进型基本反馈电路2.510在反馈电路中增加稳压管和电容。配稳压管的光耦反馈电路25由稳压管提供参考电压。配TL431的光耦反馈电路15由TL431提供高稳定度的参考电压，主输出作为主要反馈信号，其余各路输出按一定比例反馈。（1）基本反馈电路是利用反馈绕组间接获取输出电压的变化信号，因此不需要使用光耦合器。该方案的电路最为简单，但开关电源的稳定性不高，难于把负载调整率SI降至5以下。若仅为改善轻载时的负载调整
4、率，可在输出端并联一只合适的稳压管，使其稳定电压UZ=U01，此时轻载下的SI135，关断输出级）；关断自动重启动电路（当调节失控时，立即使芯片在低占空比下工作。倘若故障已排除，就自动重新启动电源恢复正常工作）；高压电流源（提供偏流用）。TOPSwitch的工作原理是利用反馈电流IC来调节占空比D，达到稳压目的。举例说明，当输出电压UO时，经过光耦反馈电路使得ICDUO,最终使UO不变。3单片开关电源的典型应用3.1由TOP202Y构成的7.5V，15W开关电源7.5V，15W开关电源电路如图3所示。其交流输入电压范围Ui=85V265V,AC，输入电网频率f=47Hz440Hz，电压调整率S
5、V=0.5,负载调整率SI=1，电源效率达80，输出纹波电压的最大值为50mV。该电源采用带稳压管（VDZ2）的光耦反馈工作方式。电路中共使用两片集成电路，IC1为TOP202Y型单片开关电源，IC2是日本产NEC2501H型线性光耦合器。FU为3A/250V保险管。C6与L2构成交流输入端的电磁干扰（EMI）滤波器。C6能滤除由初级脉动电流产生的串模干扰，L2可抑制初级绕组中产生的共模干扰。C7和C8为安全电容，能滤除由初、次级绕组之间耦合电容所产生的共模干扰。宽范围电压输入时，85V265V交流电经过整流器BR、C1整流滤波后，获得直流输入电压Ui。由VDZ1和VD1构成的漏极钳位保护电路
6、可将由高频变压器漏感产生的尖峰电压钳位到安全值以下，并能减小振铃电压。VDZ1选用P6KE150型瞬态电压抑制器（TVS），其钳位电压为150V，钳位时间仅1ns，峰值功率是5W。VD1需采用UF4005型1A/600V的超快恢复二极管（FRD），其反向恢复时间trr=30ns。次级电压经VD2，C2，L1，C3整流滤波后产生7.5V的输出电压。R2和VDZ2与输出端并联，构成开关电源的假负载，可提高空载或轻载时的负载调整率，反馈绕组电压经过VD3整流、C4滤波后，得到反馈电压，再经过光敏三极管给TOP202Y提供一个偏置电压。VD2选择UGB8BT型超快恢复二极管，为降低功耗，图37.5V，
7、15W开关电源的电路图415V，30W精密开关电源的电路还可选肖特基二极管。光耦合器IC2和稳压管VDZ2还构成了TOP202Y的外部误差放大器，能提高稳压性能。当输出电压UO发生变化时，由于VDZ2具有稳压作用，就使光耦中LED的工作电流IF发生变化，进而改变TOP202Y的控制端电流IC，再通过调节输出占空比，使UO保持稳定，这就是其稳压原理。R1为LED的限流电阻，并能决定控制环路的增益。C5是控制端旁路电容，除对环路进行补偿之外，还决定着自动重启动频率。高频变压器选用EE22型铁氧体磁芯，图3中的NP，NS和NB分别代表初级、次级、反馈绕组的匝数。初级电感量LP=620H10，漏感量L
8、P011H。3.2由TOP224Y构成的15V，30W精密开关电源其电路如图4所示。与图3相比，它在电路上主要作了两处重要改进：第一，为获得30W的连续输出功率，将TOP202Y换成TOP224Y，后者在宽范围电压输入时的最大输出功率可达到45W。第二，给TOP224Y配置了外部误差放大器TL431型可调式精密并联稳压器，内部包含2.50V基准电压源、误差放大器和开关式晶体管驱动器，能直接检测输出电压的变化量，并进行精确的调整。输出电压UO经R4，R5分压后得到取样电压，与TL431内部2.50V基准电压源进行比较之后，输出误差电流信号，再通过NEC2501型光耦合器流入TOP224Y的控制端
9、，直接控制输出占空比，获得稳定电压输出。改变电阻R4与R5的分压比，可以调整输出电压的标称值。控制环路的频率响应由R3，C5的大小所决定。R3的阻值范围是6.215。该电源的峰值输出功率为60W。电压调整率和负载调整率均为0.2，几乎可同线性稳压电源相媲美，而其电源效率可达84，比线性稳压电源提高近一倍。参考文献1Power公司.产品手册.199720002沙占友.单片开关电源的发展及其应用.电子技术应用，2000.（1）3沙占友.新型特种集成电源及应用.北京：人民邮电出版社，1998作者简介沙占友男1944年9月生，河北科技大学教授，已出版专著14部，发表论文116篇。主要研究方向为数字化测量技术、仪器仪表及特种电源。