120W\24V電源適配器模塊的電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要求

  ①輸入電壓:AC85~265V,50Hz

  ②輸出電壓:DC16~24V?

  ③輸出電流:5.0A

  ④電網(wǎng)調(diào)整率:±1%?

  2.設(shè)計(jì)步驟

  根據(jù)設(shè)計(jì)要求,現(xiàn)以圖8-12所示的原理圖來說明設(shè)計(jì)步驟。

120W?24V電源適配器穩(wěn)壓電源原理圖

(1) 器件選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇TOP248Y作為電源適配器器件?這時(shí)TOP248Y工作在輸出功率的上限,電流設(shè)定在最大值,即將Ⅹ端直接與源極相連?而過壓值設(shè)定在DC450V,若輸入電壓超過此值,則topswitch-gx將自行關(guān)斷,,直到輸入電壓恢復(fù)正常值, topswitch-gx又自行恢復(fù)啟動(dòng)?頻率選擇端F也與源極直接相連,此時(shí)開關(guān)工作頻率設(shè)定在132kHz脈沖變壓器的初級(jí)電感(即勵(lì)磁電感)Lm中的電流與電壓的關(guān)系近似為:

(2) 脈沖變壓器的設(shè)計(jì)要求

I(8-9式中:Uo為初級(jí)電感兩端的電壓,r為開關(guān)脈沖寬度  由上式可知:脈沖變壓器的初級(jí)電感值要適當(dāng),一般在300~3000yH之間?輸出功率大的情況應(yīng)取低限;反之,則取上限?變壓器初級(jí)電感不能太小,太小會(huì)造成Topswitch-GX系列中MOSFET的漏極電流太大,使開關(guān)損耗增加,同時(shí)易造成過流保護(hù)動(dòng)作,使電源難以啟動(dòng)?同樣初級(jí)電感也不能太大,太大則不能滿足輸出功率的要求

  (3)電源次級(jí)電路的設(shè)計(jì)

次級(jí)電路主要是選擇整流管和濾波電容?整流管的選擇應(yīng)根據(jù)輸出電流和電壓進(jìn)行,其最大值的選擇為

TRLC≈2lo=2×5=10(A)o×D(8-12)

式中,U0為輸出電壓;Io為輸出電流;Uas為最大輸入直流電壓;D=n為開關(guān)的最小占空比n為脈沖變壓器的變比

  將Ulms=375V,Uo=24V,Dn=0.18代入式(8-12)得到脈沖變壓器的變比為N≈4

  此時(shí)脈沖變壓器的初級(jí)勵(lì)磁電流為Im=5/4=1.25(A)(8-13)此值遠(yuǎn)小于TOP248Y的漏極電流(7.2A)

  電源適配器次級(jí)整流管在輸出電壓較低的情況下,一般采用肖特基二極管,用來減小二極管的損耗?當(dāng)輸出電壓較高時(shí),則需要采用快恢復(fù)二極管(如圖8-12中VD2);當(dāng)開關(guān)頻率較高時(shí),應(yīng)采用超快恢復(fù)二極管作整流管,以減小其反向電流對(duì)初級(jí)的影響

  濾波電容C7的容量應(yīng)滿足輸出電壓紋波的要求,L1及C8應(yīng)能有效地濾除開關(guān)所產(chǎn)生的噪聲影響

  (4)反饋調(diào)整電路的設(shè)計(jì)

  反饋調(diào)整電路采用光耦和可調(diào)三端穩(wěn)壓器TL431組成的調(diào)整電路,如圖8-12所示電路中的VR2?R5?R7?R10?R11和R6組成的輸出電壓調(diào)整電路?R5作為光耦的限流電阻,并不能影響電路的檢測(cè)環(huán)路的增益?在啟動(dòng)瞬間,檢測(cè)光耦輸出電流,從而改變控制端C的電流實(shí)現(xiàn)預(yù)調(diào)整,以確保適配器在低電網(wǎng)電壓和滿載啟動(dòng)時(shí)達(dá)到規(guī)定的調(diào)整值?R9?C10?C11和R4?C4組成環(huán)路補(bǔ)償電路

  3.設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

  Topswitch-GX系列電源適配器若設(shè)計(jì)得當(dāng),則較容易滿足設(shè)計(jì)要求;若設(shè)計(jì)不當(dāng),則會(huì)出現(xiàn)一些不正?，F(xiàn)象?在設(shè)計(jì)24V電源適配器時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題

①因?yàn)?4V電源適配器的輸出功率較大,故要求脈沖變壓器的漏感應(yīng)盡可能小,特別是在低壓大電流的情況下更應(yīng)如此?脈沖變壓器的初?次級(jí)繞組應(yīng)相間繞制?即使這樣,脈沖變壓器漏感中儲(chǔ)存的能量仍有可能超過瞬態(tài)抑制二極管VR1的功率容量,因而用R2?R3和C2與VR1并聯(lián),將漏感中的能量部分地?fù)p耗在R2?R3上,以保證VR1的工作可靠性;同時(shí)又將電壓鉗位在DC200V,使topswitch-gx在電源啟動(dòng)與過載條件下,確保器件內(nèi)部MO)SFET的漏極電壓低于DC700V?

  ②輸出濾波電容的等效串聯(lián)電阻應(yīng)盡可能小,特別是在低壓大電流的情況下更應(yīng)如否則由于電容損耗增大而大大降低24V電源適配器的可靠性?

  ③光耦的輸出端應(yīng)靠近控制端C,控制端C的濾波電容應(yīng)靠近源極;另外多功能端LF或M與源極連接線也應(yīng)盡可能短,同時(shí)要遠(yuǎn)離漏極,以減小電源噪聲?