基于TOP224Y的单片开关电源设计 第3页
（8）过热保护电路 当芯片结温TJ>135℃时，过热保护电路就输出高电平，将触发器Ⅱ置位，Q=1，，关断输出级。此时进入滞后调节模式，Uc端波形也变成幅度为4.7V～5.7V的锯齿波。若要重新起动电路，需断电后再接通电源开关；或者将控制端电压降至3.3V以下，达到Uc(reset)值，再利用上电复位电路将触发器Ⅱ置零，使MOSFET恢复正常工作。
（9）关断/自起动电路 一旦调节失控，关断/自动重起动电路立即使芯片在5％占空比下工作，同时切断从外部流入C端的电流，Uc再次进入滞后调节模式。倘若故障己排除，Uc又回到并联调节模式，自动重新起动电源恢复正常工作。自动重起动的频率为1.2Hz。
（10）高压电流源 在起动或滞后调节模式下，高压电流源经过电子开关S1给内部电路提供偏置，并且对Ct进行充电。电源正常工作时S1改接内部电源，将高压电流源关断。
图1 TOP224Y内部结构框图
当TOP开关起动操作时，在控制端环路振荡电路的控制下，漏极端有电流流入芯片，提供开环输入。该输入通过旁路调整器、误差放大器时，由控制端进行闭环调整，改变Ir，经由PWM控制MOSFET的输出占空比，最后达到动态平衡。
3.3设计实例
图2是用TOP224Y芯片设计的单端反激式开关电源的原理图。输入为220VAC(±15%),输出为+15VDC,功率为20W。
由于TOPSwitch芯片集成度高,设计工作主要是外围电路的设计。外围电路基本分为输入整流滤波电路、钳位保护电路、高频变压器、输出整流滤波电路及反馈电路5部分。根据设计要求,按5个部分分别进行说明。
3.3.1 输入整流滤波电路设计
输入整流滤波电路包括交流滤波、整流、电容稳压三部分。
交流滤波采用技术成熟的∏型滤波电路,具体参数如下
:图2 TOP224Y单片电源电路图
去除差模干扰的C8、C9为011μF/250V;去除共模干扰的C10、C11为10nF;滤波线圈L1为10～33mH,采取双线并绕。整流电路选择不可控的整流桥,整流二极管的反向耐压应大于400V,其承受的冲击电流应大于额定整流电流的7～10倍。还应注意,选定的整流二极管的稳态电流容量应为计算值的两倍。
本设计中,选择800V/3A的整流桥,或选用4个IN4007作整流二极管构成整流桥。在当前的供电条件下,电容C1的值可根据输出功率按照1μF/W来取值,再考虑余量后,取C1=22μF/400V。交流电压输入范围为187～253V,即VACmin=187V,VACmax=253V。假设整流桥中二极管导通时间为tC=3ms. 由式(1) 和式(2) 可得输入直流电压最小值和最大值为:
式中,η为系统效率,可选择80%;fL 为交流电网频率;PO为电源输出功率。
3.3.2 变压器设计
(1)选磁芯:为满足TOP224Y芯片100kHz的工作频率,选用锰锌铁氧体材料的磁芯。通常,输出功率和磁芯截面积有下面的经验公式:
式中,Ae为变压器磁芯的有效截面积(cm);PO为电源的输出功率(w);ηt为变压器的效率,一般取85%。根据经验公式的计算,选择EI-28铁氧体磁芯,其有效截面积大于Ae的计算值。
(2)计算最大占空比
式中,VOR为次级反射到初级的反射电压,取135V;VDS为MOSFET的漏-源极通态电压,取10V。
(3)计算变压器的初级自感LP
式中,fs为开关频率,取100kHz;η为电源效率,可取80%。
(4)计算初、次级绕组匝数:对于AC220V固定输入,
次级绕组应取016匝/V,输出电压VO=15V,故求得次级绕组匝数NS为:
NS=0.6(VO+0.7)=10匝(取整后)
初级绕组匝数NP为: