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1 引言 多路輸出開關(guān)電源廣泛應(yīng)用在各種復(fù)雜小功率電子系統(tǒng)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行反饋調(diào)節(jié)控制，以保證在輸入電壓及負(fù)載變化時保持輸出電壓穩(wěn)定，由于受變壓器各個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(fù)載的變化而變化，通常，當(dāng)主輸出滿載和輔助輸出輕載時，輔助輸出電壓將升高，而當(dāng)主輸出輕載和輔助輸出滿時，輔助輸出電壓將降低，這就是多路輸出的負(fù)載交叉調(diào)整率問題，筆者基于TOPSwitch-GX系列設(shè)計了一種多路輸出開關(guān)電源，很好的解決了多路輸出的負(fù)載交叉調(diào)整率問題，該電源在各種工況下都能穩(wěn)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(fù)載交叉調(diào)整率小于5%，在交流伺服系統(tǒng)中，該電源給系統(tǒng)控制部分部及功率部分供電，開關(guān)電源的性能直接影響到交流伺服系統(tǒng)的伺服特性，如何設(shè)計一個穩(wěn)定性能好、交叉調(diào)整率小、電壓紋波小的開關(guān)電源是一個急需解決的問題。 2 TOPSwitch-GX系列簡介 2.1 與TOPSwitch-FX的性能比較 TOPSwitch系列單片機開關(guān)電源是美國功率集成公司于上世紀(jì)90年代中期推出的新型高頻開關(guān)電源，它是三端離線式PWM開關(guān)的英文縮寫（Three Terminal Off Line PWM Switch）被譽為“頂級開關(guān)電源”。它的特點是將高頻開關(guān)電源中的PWM控制器和MOSFET功率開關(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系列的全部優(yōu)點外，它還將最大輸出功率從75W提高到290W，適合構(gòu)成大中功率的高效率，隔離式開關(guān)電源；將開關(guān)頻率提高到132KHz，有助于減小高頻變壓器及整個開關(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(dāng)開關(guān)電源負(fù)載很輕時，它能自動將開關(guān)頻率從132KHz降低到30KHz（在半頻模式下，則由66KHz降到15KHz）,可降低開關(guān)損耗，進一步提高電源效率，采用被稱作EcoSmart的節(jié)能新技術(shù)，顯著降低了在遠(yuǎn)程通/斷模式下的功耗，當(dāng)輸入交流電壓是230V時，功耗僅為160mW。 2.2 TOPSwitch-GX的工作原理 TOPSwitch-GX的內(nèi)部主要由18個部分組成，與第三代TOPSwitch-FX系列的主要區(qū)別是在該系列的基礎(chǔ)上作了一些改進，在原有的5個組成部分上新增加了3個單元電路，電流極限調(diào)節(jié)器也增加了軟啟動輸出端；將頻率抖動振蕩器產(chǎn)生的開關(guān)頻率提升到132KHz（全頻模式）或66KHz（半頻模式）；給頻率抖動振蕩器增加了一個“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來調(diào)節(jié)占空比D，達到穩(wěn)壓目的，當(dāng)輸出電壓U0降低時，經(jīng)過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(dāng)輸出電壓Uo升高時，通過內(nèi)部調(diào)節(jié)，也能使U0維持不變。 3 電源主電路設(shè)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(tǒng)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(tǒng)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(diào)整率低于5%，在各種工況下能穩(wěn)定輸出，滿足系統(tǒng)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，避免瞬間高壓對系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選用TOPSwitch-GX系列電路，當(dāng)電源輸入電流85V-265V時，交流電壓U依次經(jīng)過電磁干擾（EMI）濾波器、輸入整流濾波器和系列軟啟動電路得到直流高壓DCP，DCP經(jīng)過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替代價格較高的TVS(瞬態(tài)電壓抑制器）,用于吸收在TOP244Y關(guān)段時高頻變壓器漏感產(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)槎嗦份敵觯渲?5V電源輸出和輔助輸出用的是快速恢復(fù)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系列單片開關(guān)電源具有單片集成化、外圍電路簡單、性能指標(biāo)最佳、無工頻變壓器、能完全實現(xiàn)電氣隔離等顯著特點，極大簡化150W以下開關(guān)電源的設(shè)計和新產(chǎn)品的開發(fā)，能大大縮短開關(guān)電源的開發(fā)周期。多路輸出電源被廣泛應(yīng)用于電機控制系統(tǒng)和其他電力電子設(shè)備中作為輔助電源，設(shè)計的多路輸出電源經(jīng)實際應(yīng)用證明是可靠的，稍加改動就可應(yīng)用在其他控制系統(tǒng)和電路中。 |
