在UPS、变频器等电力电子系统中,出于提高可靠性、隔离和不同器件所需供电电压不同等原因,往往需要多路输出的隔离电源供电解决方案,而单片开关电源以其高集成度高效率等优势已逐渐成为设计该类电源的首选[1]。本文针对某变频电源的DSP控制系统的供电需求,采用PI公司推出的第四代单片开关电源集成芯片TOPSwitch-248Y,完成三路输出的65W辅助电源设计,同时为了实现良好的控制性能,着重对闭环反馈网络进行了优化设计。

　　1 新型TOP Switch-GX芯片简介

　　1.1 TOP Switch–GX性能特点

　　TOP Switch-GX系列IC采用了Power Inte- grations的ECO Smart节能技术,具有出色的待机功耗指标并在所有负载条件下都能持续高效工作,可在整个负载范围内获得最佳的工作效率[2] [3]。

　　与第三代TOP Switch-FX相比,TOP Switch-GX不仅具备TOP Switch-FX系列的全部优点,并且还将最大输出功率从75W扩展到了250W,适宜构成大、中功率的高效率、隔离式开关电源;将开关频率提高到了132kHz,进而有助于减小高频变压器及整个开关电源的体积;当开关电源的负载很轻时,该芯片能自动将开关频率从132kHz降到30kHz(半频模式下则由66kHz降至15kHz),降低了开关损耗,进一步提高电源效率;采用了ECO Smart的节能新技术,显著降低了在远程通/断模式下芯片的功耗,当输入交流电压为230V时,芯片功耗仅为160mW。

　　1.2 TOP Switch–GX工作原理

　　TOP Switch-GX芯片有6个引出端,分别是控制端C、线路检测端L、极限电流设定端X、源极S、开关频率选择端F和漏极D。利用L端可以实现5种功能:过电压(OV)保护;欠电压保护(UV);电压前馈;远程通/断和同步。利用X端可以从外部设定芯片的极限电流。而利用F端可以设定芯片工作方式:全频方式(132kHz)和半频方式(66kHz)。芯片内部主要由控制电压源、带基准电压源、频率抖动振荡器、并联调整器/差分放大电路、脉宽调制器、过流保护电路等18个部分组成, TOP Switch-GX的工作原理是利用反馈电流来调节占空比D,达到稳压的目的。当输出电压Uo发生变化时,通过取样电阻后,就可使TL431的输出电压产生相应的变化,进而使PC817中LED的工作电流改变,最后通过单片电源的控制管脚C电流变化量来调节占空比D,使Uo产生相反的变化,最终使Uo维持不变。

　　2 反激式开关电源设计

　　2.1 芯片选择

　　电源设计最大输出功率为65W,三路输出:+15V和-15V,每路输出电流为1.5A。另一路为+5V,输出电流为4A,电源的效率为87%。为了使电源可以在各种工况下稳定输出,可靠工作, 因此还需要留有一定的设计裕量(一般取20%),本次设计选择TOP248Y芯片,在较大功率时,Y封装安装简单,有利于散热。

　　2.2 电路原理图

　　电源电路如图1所示,电源采用单端反激式拓扑结构,当电源输入交流220V±10%时,交流电经过软启动电阻,电磁干扰(EMI)滤波器(C1和L1)和输入整流滤波器得到高压直流电。