開關電源自問世以來，就以其穩定，高效，節能等優良特性而成為穩壓電源的重要產品。隨著pWM技術的不斷發展和完善，開關電源更是得到了廣泛的應用，以往開關電源的設計通常采用控制電路與功率管相分離的拓撲結構，但這種方法存在成本高、系統可靠性低等問題。美國功率集成公司pOWER開發的TOp-Switch和DpA-Switch系列新型智能高頻開關電源集成芯片解決了這些問題，該系列芯片將自啟動電路、功率開關管、pWM控制電路及保護電路等集成在一起，從而提高了電源的效率，簡化了開關電源的設計和新產品的開發，更是因其高性價比、簡單的外圍電路、小體積與重量和無工頻變壓器隔離方式等優勢而成為穩壓電源中的佼佼者。隨著各種不同的單片開關電源芯片及其電路拓撲的應用和推廣，被廣泛地應用于以電子計算機為主導的各種終端設備、通信設備中，是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一環，單片開關電源越來越體現出巨大的實用價值和美好前景，使開關電源發展到一個新的時代。開關穩壓電源有多種類型，其中單端反激式開關電源，由于線路簡單，所要的元器件少，而受到重視。

2開關電源結構和原理

本文以風力發電控制器中應用的電源為例介紹此設計方法的原理。

設計原理圖如圖1：

為了更加透徹的分析此設計的結構，原理，把原理圖分為以下五個部分加以分析和設計：DpA部分，反饋部分，變壓器部分，輸出部分，其他部分。

電源的基本條件：輸入電壓范圍48-60V，輸出功率40W，輸出電壓為一路15V，三路20V。

[page]2.1DpA部分

原理圖中的接法是DpA的一種典型外圍電路，其中S引腳作為公共端；F引腳是頻率選擇端，直接接到S端頻率為400kHz，。必要時還可將開關頻率選擇端F改接控制端C，選擇300kHz的半頻方式，以進一步降低干擾；X為外部電流限制端，接電阻R1，R2限制內部驅動電流，隨著輸入電壓的升高，增大R1將降低這種電流限制，防止輸出的過電流，控制這個電流限制將降低變壓器副邊元件的應力值和漏感尖峰值，這就使得輸出部分可以選擇更低耐壓值的整流二極管；D是DpA425內部MOSFET的漏極端，直接接電源的正極，L引腳是欠壓過壓保護端，接R3=619k是一個典型值，電壓閥值為：欠壓33V,過壓86V；C引腳是控制端，啟動后由變壓器的偏執繞組經整流后供電，C2用于DpA本身的解耦，應該盡可能的靠近C引腳和S引腳，C3供應啟動所需的能量和自重啟動的時間。輸入電壓范圍為16-75VDC，輸出功率最大可達52W，滿足此電源要求。

2.2變壓器部分

在這個電源設計中，變壓器設計是一個重點。雖然關于電源來說，各種保護也是很重要的，例如過電流保護、過電壓保護及欠電壓保護等，但這些已經都集成在了DpA芯片中，無須在外圍搭設這些保護電路。

變壓器的設計重要是選擇磁芯材料，尺寸和形狀；計算原副邊的匝數，和匝比；選擇合適的漆包線，重要是線徑；計算氣隙的大??；計算變壓器的效率；選擇合適的骨架等等。根據Ap法，軟件法等計算磁芯的有效截面積，考慮一定的裕量，選擇合適大小的磁芯。本設計中，選擇鐵氧體材料，EI型的磁芯，有效截面積Ae為91.2mm，窗口面積Aw為150.1mm，氣隙為1.5mm。原副邊匝數和匝比，根據原副邊電壓而定，漆包線選擇國產線徑為0.45。

S1為原邊輸入，24匝；S2為偏執繞組，5匝；S3為15V輸出繞組，8匝；S4為20V的主輸出繞組，8匝；S5為20V的輔輸出繞組，9匝。偏執繞組電壓經D2整流，C4濾波，R5分壓限流后，C4正端接至pC817的4端，給其內部三級管供應正向偏執電壓，使三級管導通，為DpA的C引腳供電，C4的負端接公共端。

2.3輸出部分

多路輸出開關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行反饋調節控制，以保證在輸入電壓及負載變化時保持輸出電壓穩定，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載的變化而變化，通常，當主輸出滿載和輔助輸出輕載時，輔助輸出電壓將升高，而當主輸出輕載和輔助輸出滿時，輔助輸出電壓將降低。

基于上述對多路輸出的描述，考慮在本設計中，20V的輸出功率較大，取20V的一路作為主輸出，即用于反饋的取樣，其他三路作為輔輸出，在主輸出中，整流二極管采用快恢復二極管BYW29，并且由于主輸出中二極管所要承受應力較大，要性能較好的器件，C10，R10組成緩沖電路，有效降低輸出紋波電壓，并能防止D3在高頻開關狀態下出現自激振蕩（振鈴），輔輸出中用BYV26C就可以滿足要求，電解電容C8是濾波的用途，降低紋波，提高效率，L1和電容組成LC濾波，在輸出端還可以并接瓷介電容，可降低高頻噪音和紋波。由于輔輸出中電壓可能會波動，采用線性三端穩壓器7815，LM317穩定輸出電壓，LM317的輸出電壓可以在1.2-37V之間調整，只需調整R11的電阻值，C9是在LM317離輸入源較遠時并接的，C11可以改善瞬態響應特性，這兩個電容最好使用鉭電解電容。關于線性三端穩壓器，只有輸入電壓高于所要輸出的電壓值時才起用途，才能得到穩定的電壓值，基于此就要求變壓器的輔輸出繞組要考慮裕量，即比預計的多繞出1-2匝數，使負載變化引起的電壓波動不影響電源的輸出電壓穩定。

2.4反饋部分

反饋的目的就是使主輸出電壓穩定，R8和R9分壓采樣主輸出電壓，R8使用可調精密電阻，調節R8使可調式精密并聯穩壓器KA431的1端電壓為2.5V；R6，R7起限流的用途，因為pC817的1，2端所允許通過的電流很小，要選擇合適的R6，防止損壞元件；C7是頻率補償環節，有助于改善KA431的特性；C6起軟啟動的用途，防止啟動時的輸出過沖；pC817中當二極管導通時，電流成比例的驅動其內部三級管，只要4端有正電壓足夠三級管導通，pC817就能正常工作，這里pC817重要起隔離的用途。3端接至DpA的C端，這樣就可以把采樣的信號送入DpA，當主輸出電壓波動時，DpA將及時調整導通比，使輸出電壓保持不變。當輸出電壓升高時，KA431的1端電壓將高于2.5V，KA431內部的晶體管將導通，使得流過pC817的1，2兩端電流增大，成比例的三級管門極電流增大，導通的電流增大，使得流入C引腳的電流Ic增大，DpA內部的MOSFET的占空比將減小，使得的輸出電壓減小，使輸出穩定到原值。反之當輸出減小時，MOSFET的占空比將增大，輸出將增大，也使輸出穩定到原值。

[page]2.5其他部分

D1采用p6KE10，D2采用BYV26，D1，D2起保護原邊繞組的用途，防止瞬態電壓過高損壞變壓器，替代了價格較高的TVS（瞬態電壓抑制器）。

C5稱為“Y電容"，接在高壓與地之間，能濾除初、次級耦合電容出現的共模干擾。

3實驗結果

輸出電壓波形如圖2,3所示,其中波形從上到下依次為：CH1，主20V輸出；CH2，輔20V輸出；CH4，15V輸出，輸入電壓調整范圍為33.5V-66V，負載變化調整范圍為空載到大約50W，輸出電壓基本保持穩定不變，并且輕載時輸出電壓紋波很小，隨著負載的增大，輸出電壓的紋波會增大，但并不影響其穩定，整套系統呈現出良好的穩定特性，電源效率為75%。

圖2輕載時的電壓輸出波形圖3接近滿載時的電壓輸出波形

4結論

DpA-Switch系列開關電源具有單片集成化、外圍電路簡單、性能指標最佳、無工頻變壓器、能完全實現電氣隔離等顯著特點，極大簡化100W以下開關電源的設計和新產品的開發，能大大縮短開關電源的開發周期。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，本文設計的多路輸出電源經實際應用證明是穩定，可靠的，稍加改動就可應用在其他控制系統和電路中。

參考文獻

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