TOP223芯片30W反激开关电源的制作

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查看102 | 回复0 | 2021-4-13 23:42:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
1. 掌握高频开关源组成电路的工作原理;
2. 掌握控制芯片TOP223控制原理和稳压原理;
3. 学会制作高频变压器;
4. 学会电路设计及调试。
二、实训内容
采用TOP223芯片制作反激开关电源,输入交流电压为UAC=100-265V,直流输出电压为VO=24V,IO=2A,输出功率大概为为50W,TOP223内部集成了MOSFET,且TOP223输出PWM脉冲控制MOS管。
当输入电压或负载发生变化时,要求输出电压能稳定输出。
三、实训电路图
99.001.jpg
四、实训电路工作原理
1、EMI滤波电路。差模干扰抑制最X电容C1实现,共模干扰抑制由共模电感L1和Y电容C8来实现。
2、整流滤波电路。由D8-D11组成桥式整流电路,并由电解电容C29滤波得到平滑的直流电,UC29=(1.2-1.4)UAC。
3、直流变换电路采用反激拓朴结构。反激电路中的开关管集成在芯片TOP223中,TOP223有三个脚分别为D、S 、C。D、S分别为MOS管的漏极和源,C为控制端,接输出反馈电路。高频变压器有三个绕组分别为:原边绕组N1,副边绕组N2,辅助绕组N3。D、S脚分别接入变压器原边绕组,副边绕组接快速恢复二极管D14进行半波整流再经电解电容C30滤波得到平滑的直流电,辅助绕组接快速恢复二极管D13进行半波整流再经电解电容C13滤波得到平滑的直流电给TOP223的C脚及PC817光耦的副边供电。
4、反馈采样电路。由误差放大器TL431和光耦PC817组成。TL431的1脚接直流输出电压,采样电压为2.5V,由电阻R25和R11取得。PC817的原边即二极管接直流输出电压,副边为光控三极管接TOP223的C脚,其原边和逼边没有电气连接,起到隔离的作用。
5、保护电路。快速保护电路由保险丝承担,D2、R17和C34构成RCD钳位器,能够防止漏极电压尖峰脉冲损坏TOP223中的MOS管,齐纳二极管VR1用于确保最大的钳位电压,在正常工作情况下不会导通,有过压的时候才工作。
五、实训步骤
1、分析电路各组成电路的工作原理;
2、根据电路图和万能板的大小,先把元器件插在万能板上,看是否摆放整齐、美观;
3、在万能板上焊接电路,线尽量不要交叉,不要走斜线,可以从万能板的正面和反面走线,焊板前测量器件是否完好;
4、TOP-SWITCH223正常工作时,其控制端C端输出电压为5.7V左右;
5、在加电之前用万用表测量输入,输入输出是否有短路。
6、变压器的设计与绕制,用软件计算法或公式计算法计算变压器相关参数填入表1中,变压器的骨架引脚如图2所示。
◆变压器相关参数的计算:
输入100V至265V,AC,50Hz。
输出DC24V/2A,f=100K,效率 99.002.jpg =80%(工作频率的确定,工作频率越高,响应速度越快,调整范围大,变压器可以做得更小。但是场效应管、整流二极管以及变压器发热多,损耗大,噪声大。)
工作周期T=1/f=1/100k=10us
①最大导通时间Ton(max),反激式占空比Dmax 应该取低于0.45。Ton=10×0.45=4.5us
②变压器初级输入电压Vp,次级输出电压Vs的计算。                                                                             
Vp=Vinmin*1.4=100×1.4=140(V)(用电解电容对全桥整流进行滤波,其直流电压Vp为1.2-1.4 Vin,取1.4)
   Vs=Vo+VF+VL
其中:VL为输出级漆包线压降,取0.4V:VF为肖特基二极管正向压降,取0.6V;
Vo=24+0.4+0.6=25V
③变压器匝数比(n)的计算(根据公式:n=NP/NS=VP* Dmax / VS*(1- Dmax))
n=VP* Dmax / VS*(1- Dmax)=140*0.45/25*0.55≈5
④匝数计算
Np=(Vp*Ton/Bw* Ae)×10-2(Ton-us,磁芯选EE28,其有效截面积Ae=0,821cm2)
Bw为磁通密度,实际应用磁心的最高温度为100℃,可以选取0.3T以下。对于反激式变换器,它是单向励磁的,现在选用Bw=0.2T。
Np=(140*4.5/0.2*0.821)*10-2=38匝
Ns= Np /n=38/5=8匝
⑤反馈绕组(NB)的计算
光耦副边的工作电压为15V,二极管的压降为0.6V,所以反馈绕组NB的供电电压为15.6V。
Nf=(Vf*Ton/Bm*Ae)×10-2=(15.6*4.5/0.2*0.821)×10-2=4匝
⑥计算变压器初级电感量Lp
初级电流有效值:Iav=Pi/Vp*Dmax=48/140*0.45=0.76A
初级峰值电流:Ipeak=2×Iav=2×0.76=1.52A
初级电感量:
Lp=Vp*Dmax*10-6/Ipeak*fsw=(140*0.45*10-6)/(1.52*100)=0.414mH
⑦线径的计算
输入电流有效值的计算:
99.003.jpg (效率 =80%)
原边线径的计算:
99.004.jpg (J取2.5-4A/mm2,dwp单位为mm)
99.005.jpg
副边的线径: 99.006.jpg (J取2.5-4A/mm2,dwp单位为mm)
99.007.jpg

表1 变压器的相关参数
绕组名
引脚
线径
匝数
电感量
原边绕组NP
2-4
0.45
38
0.414mH
副边绕组NS
10-9
2×0.45
8

辅助绕组NB
7-6
0.31
4



99.008.jpg 99.009.jpg
图2 变压器的骨架引脚图
(1)将变压器骨架固定于绕线机上,引脚端朝内,绕变压器采用“三明治夹层绕法”,如图3所示;
99.010.jpg
图3 变压器的绕制
(2)采用的漆包线顺时针绕制19匝,绕满第1层,留线端于外侧;
(3)用2根0.45mm的漆包线并列于第2层绕8匝,采用密绕的方式;
(4)用1根0.31mm的漆包线在第3层均匀绕制4匝
(5)将步骤2中所留的线回绕19匝,接于出线端。
(6)将所有绕组的漆包线线端浸锡。
(7)将数字电桥的两个夹子夹住原边绕组,其它绕组开路,套上磁芯,测试电感量;
(8)将磁芯的两侧连接处垫2层胶纸,重复步骤7,测试电感量;
(9)调整气隙的大小,直至电感量达到要求的范围。
(10)用胶纸将磁芯固定,将数字电桥的两个夹子夹住原边绕组,其它绕组短路,测试电感量,所测电感量应在要求的漏感范围内;
(11)判断绕组的同名端。
(a)用电桥分别测量原边与副边的电感量分别为L1与L2,然后原副边串联,再测量其电感值为L,如果L>L1+L2那么刚才测量的两端为异名端;如果L



各芯片的引脚图:
TOP223:
99.011.jpg
PC817:
99.012.jpg
TL431:
99.013.jpg

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