這次講座介紹由TOP224P構(gòu)成的開關(guān)電源模塊,。該模塊可用作儀器儀表,、手機(jī)電池充電器,、衛(wèi)星通信解碼器的電源,。

1性能特點(diǎn)與技術(shù)指標(biāo)

(1)采用一片TOP224P型三端單片開關(guān)電源,，配PC817A型光耦合器,，構(gòu)成帶穩(wěn)壓管的光耦反饋電路，能將85V～265V交流輸入電源Ui變換成12V,、1.67A的直流穩(wěn)壓輸出,。

　　(2)電路簡單，穩(wěn)壓性能好,，成本低,。外圍電路僅需21個(gè)元器件。其電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率約為±1％,，電源效率可達(dá)78％,。在25℃的環(huán)境溫度下，可連續(xù)輸出20W的功率,。峰值輸出功率為30W,。

　　(3)體積小，重量輕,。TOP224P利用印刷板上的敷銅箔散熱,，不需外接散熱片。

　　(4)便于對電路進(jìn)行改進(jìn),。只需重新設(shè)計(jì)高頻變壓器,，改變匝數(shù)比和增加少量元件，即可實(shí)現(xiàn)多路穩(wěn)壓輸出或恒流輸出,。

　　該模塊的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

　　交流輸入電壓范圍：Ui=85V～265V

　　輸入電壓頻率：f=(47～440)Hz

　　輸出直流電壓：UO=12V±5％

　　最大輸出電流：IOM=1.67A

　　連續(xù)輸出功率：PO=20W(TA=25℃),，或15W(TA=50℃)

　　電壓調(diào)整率(Ui=85V～265V):SV=±1％

負(fù)載調(diào)整率（IO=0.167A～1.67A）：SI=±1％

　　效率：η=78％

圖112V、20W開關(guān)電源模塊的內(nèi)部電路

圖2印制板元件布置圖

圖3模塊的外特性

(a)SV－Ui;(b)SI－IO;(c)η－Ui(PO=20W);(d)η－Ui(PO=4W)

　　輸出紋波電壓的最大值：±60mV

　　工作溫度范圍：TA=0℃～50℃,。

212V,、20W開關(guān)電源模塊的電路設(shè)計(jì)

該模塊的內(nèi)部電路和印制板元件布置，分別如圖1,、圖2所示,。單面印制板的尺寸為91mm×43mm，安裝元器件后的最大高度為27mm,。電路中使用兩片集成電路：三端單片開關(guān)電源TOP224P(IC1),，線性光耦合器PC817A(IC2)。交流電源經(jīng)過BR和C1整流濾波后產(chǎn)生直流高壓U1,，給高頻變壓器的初級繞組供電,。VZ1和VD1能將漏感" title="漏感">漏感產(chǎn)生的尖峰電壓箝位到安全值，并能衰減振鈴電壓,。VZ1采用反向擊穿電壓為200V的瞬態(tài)電壓抑制器P6KE200,，VD1選用1A/600V的超快恢復(fù)二極管UF4005。次級繞組電壓通過VD2,、C2,、L1和C3整流濾波，獲得12V輸出電壓UO,。UO值是由VZ2穩(wěn)壓值,、光耦中LED的正向壓降、R1上的壓降這三者之和來設(shè)定的,。改變高頻變壓器的匝數(shù)比和VZ2的穩(wěn)壓值,，還可獲得其他輸出電壓值。R2和VZ2還為12V輸出提供一個(gè)假負(fù)載,，用以提高輕載時(shí)的負(fù)載調(diào)整率,。反饋繞組電壓經(jīng)VD3和C4整流濾波后，供給TOP224P所需偏壓,。由R2和VZ2來調(diào)節(jié)控制端電流,，通過改變輸出占空比達(dá)到穩(wěn)壓目的。共模扼流圈L2能減小由初級繞組接D端的高壓開關(guān)波形所產(chǎn)生的共模泄漏電流,。C7為保護(hù)電容,，用于濾掉由初、次級耦合電容引起的干擾,。C6可減小由初級電流的基波與諧波所產(chǎn)生的差模泄漏電流,。C5不僅能濾除加在控制端上的尖峰電流，而且決定了自起動頻率,，它還與R1,、R3一起對控制電路進(jìn)行補(bǔ)償。

　　該開關(guān)電源模塊的SVUi,、S1IO,、ηUi的關(guān)系曲線如圖3所示。圖3(a)示出當(dāng)IO=1.67A時(shí),，電壓調(diào)整率SV與交流輸入電壓Ui的關(guān)系,。圖3(b)示出在Ui=230V時(shí)負(fù)載調(diào)整率SI與輸出電流IO的關(guān)系。圖3（c）(d)分別示出當(dāng)PO=20W,、4W時(shí)電源效率與交流輸入電壓Ui的關(guān)系曲線,。　　在上電過程中，直流高壓UI建立之后需經(jīng)過160ms(典型值）的延遲時(shí)間，輸出電壓UO才達(dá)到12V的穩(wěn)定值,。UO與UI的時(shí)序波形如圖4所示,。延遲時(shí)間180－20=160ms。圖中假定Ui=212V,，UI=Ui=300V,。若需增加軟起動" title="軟起動">軟起動功能以限制開啟電源時(shí)的占空比，使UO平滑地升高,，應(yīng)在VZ2的兩端并聯(lián)一只軟起動電容C8(如圖1中虛線所示),。C8的容量范圍為4.7μF～47μF。當(dāng)C8=4.7μF,、10μF,、22μF、47μF時(shí),，所對應(yīng)的軟起動波形如圖5所示,。上述4種情況下，軟起動時(shí)間依次為2.5ms（8.5－6ms）,、2.5ms（8.5－6ms）,、4ms(10－6ms)、8ms(14－6ms),。在軟起動過程中UO是按照一定的斜率升高的,，能對TOP224P起到保護(hù)作用。斷電后C8可通過R2進(jìn)行放電,。

圖4UO與Ui的時(shí)序波形

圖5軟起動波形

圖6高頻變壓器的繞制

　　設(shè)計(jì)印制板時(shí)需專門留出一塊敷銅區(qū),，作為TOP224P的散熱板。當(dāng)PO=20W時(shí),，敷銅面積S=8cm2;PO=15W,S=3.6cm2,。

3高頻變壓器的繞制方法及性能測試" title="性能測試">性能測試高頻變壓器的繞制如圖6所示。NP,、NS,、NB分別代表初級、次級和反饋級的繞組,，1～8為引出端,。其中，1端接U1,，2端接TOP224P的漏極D,，3端接源極S(即初級與反饋級的公共地)，4端為反饋繞組電壓,，第5,、6兩端接返回端RTN(即輸出級的公共地),，7、8端接次級電路,。高頻變壓器采用EE22型磁芯,。

繞制高頻變壓器的順序及方法如下：

3.1繞制初級繞組NP

　　首先用3mm寬的聚脂絕緣膠帶" title="絕緣膠帶">絕緣膠帶在骨架上纏一層。然后把0.25mm漆包線的始端焊在第2端,，繞完一層(40匝)后加一層12.2mm寬的絕緣膠帶,，再繞第2層(27匝),，合計(jì)67匝,。末端接第1端。焊接前,，始端與末端各套一小段0.5mm的絕緣套管(下同),。最后在初級繞組外面纏一層12.2mm寬的絕緣膠帶，作為初級與反饋級的絕緣層,。

3.2繞制反饋繞組NB

　　首先把雙股0.25mm漆包線的始端焊接在第4端上,，然后用雙股并繞的方法繞8匝。因匝數(shù)少,，要求均勻繞制,，占滿骨架，以增加磁場耦合程度,、減少漏感,。最后把末端焊在3端上。為提高絕緣性,，在反饋繞組外面再纏三層12.2mm寬的絕緣膠帶,，作為反饋級與次級的絕緣層。

3.3繞制次級繞組NS

　　首先用3mm寬的絕緣膠帶纏好安全邊距,，然后以第7,、8端為始端，用0.55mm漆包線雙股并繞8匝(均勻繞制并占滿骨架),，終止于第5,、6端。最后纏上三層12.2絕緣膠帶,，作為最外層的絕緣材料,。

3.4裝置與浸漆

　　將兩個(gè)E形磁芯插入已繞好線的骨架，進(jìn)行打包后再浸入清漆,，經(jīng)烘干后即可使用,。

3.5電氣性能測試

　　(1)耐壓性能測試。在高頻變壓器的18端,，45端之間分別加上2000V,、50Hz的高壓電,，持續(xù)時(shí)間為1min，不得發(fā)生擊穿現(xiàn)象,。

　　(2)測試初級電感量,。將次級繞組和反饋繞組開路，用數(shù)字電感表測量12端的電感量Lp應(yīng)為650μH±10％,。

　　(3)測量初級漏感量,。將次級繞組短路，用數(shù)字電感表測量12端之間的漏感量Lp0應(yīng)不大于35μH,。