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1 引言 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，這就是多路輸出的負載交叉調整率問題，筆者基于TOPSwitch-GX系列設計了一種多路輸出開關電源，很好的解決了多路輸出的負載交叉調整率問題，該電源在各種工況下都能穩定輸出，主輸出電壓紋波小于3%，各路輔助輸出紋波小于5%，負載交叉調整率小于5%，在交流伺服系統中，該電源給系統控制部分部及功率部分供電，開關電源的性能直接影響到交流伺服系統的伺服特性，如何設計一個穩定性能好、交叉調整率小、電壓紋波小的開關電源是一個急需解決的問題。 2 TOPSwitch-GX系列簡介 2.1 與TOPSwitch-FX的性能比較 TOPSwitch系列單片機開關電源是美國功率集成公司于上世紀90年代中期推出的新型高頻開關電源，它是三端離線式PWM開關的英文縮寫（Three Terminal Off Line PWM Switch）被譽為“頂級開關電源”。它的特點是將高頻開關電源中的PWM控制器和MOSFET功率開關管集成在同一芯片上，是一種二合一器件。TOPSwitch-GX是該公司推出的第四代系列產品，除具備TOPSwitch-FX系列的全部優點外，它還將最大輸出功率從75W提高到290W，適合構成大中功率的高效率，隔離式開關電源；將開關頻率提高到132KHz，有助于減小高頻變壓器及整個開關電源的體積，適合作為伺服電機控制板的板載電源的主控器件，當開關電源負載很輕時，它能自動將開關頻率從132KHz降低到30KHz（在半頻模式下，則由66KHz降到15KHz）,可降低開關損耗，進一步提高電源效率，采用被稱作EcoSmart的節能新技術，顯著降低了在遠程通/斷模式下的功耗，當輸入交流電壓是230V時，功耗僅為160mW。 2.2 TOPSwitch-GX的工作原理 TOPSwitch-GX的內部主要由18個部分組成，與第三代TOPSwitch-FX系列的主要區別是在該系列的基礎上作了一些改進，在原有的5個組成部分上新增加了3個單元電路，電流極限調節器也增加了軟啟動輸出端；將頻率抖動振蕩器產生的開關頻率提升到132KHz（全頻模式）或66KHz（半頻模式）；給頻率抖動振蕩器增加了一個“停止邏輯”（STOP LOGIC）電路，使只工作更為可靠。TOPSwitch-GX利用反饋電流Ic來調節占空比D，達到穩壓目的，當輸出電壓U0降低時，經過光耦反饋電路使反饋電流Ic減小，占空比則增大，輸出電壓隨之升高，最終使U0維持不變，同理，當輸出電壓Uo升高時，通過內部調節，也能使U0維持不變。 3 電源主電路設計方案 3.1控制板和功率板電源需求 電源是為交流伺服系統的控制板和功率板供電的，并以板載電源的形式作為控制板和功率板組成的一部分，系統對板載電源的要求是電壓紋波小于5%，多路輸出電壓交叉調整率低于5%，在各種工況下能穩定輸出，滿足系統的供電需求，控制板和功率板電源地之間相互隔離，避免電磁干，要求電源能軟啟動，避免瞬間高壓對系統產生不良影響，根據系統要求，設計的多路輸出板載電源的各路輸出電壓，電流及作用如表1所示，其中+5V與+15V二路輸出共地，+3.3V無與+5V二路輸出共地，兩組地彼此是相互電氣隔離的。 3.2 電源主電路 板載電源主電路如圖1所示。電源采用單端反激式拓撲結構，選用TOPSwitch-GX系列電路，當電源輸入電流85V-265V時，交流電壓U依次經過電磁干擾（EMI）濾波器、輸入整流濾波器和系列軟啟動電路得到直流高壓DCP，DCP經過R68接L端，能使極限電流隨DCP升高而降低，使用箝位二極管和阻斷二極管D1替代價格較高的TVS(瞬態電壓抑制器）,用于吸收在TOP244Y關段時高頻變壓器漏感產生的尖峰電壓，對漏極起到保護作用，次級電壓經整流、濾波后變為多路輸出，其中15V電源輸出和輔助輸出用的是快速恢復二極管，其他輸出用的是肖特基二極管，其目的是減少整流管的損耗。
TOPSwitch-GX系列單片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150W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，設計的多路輸出電源經實際應用證明是可靠的，稍加改動就可應用在其他控制系統和電路中。 |
