TOP223芯片30W反激開關電源的制作

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2021-4-13 23:41 上傳

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1. 掌握高頻開關源組成電路的工作原理；

2. 掌握控制芯片TOP223控制原理和穩壓原理；

3. 學會制作高頻變壓器；

4. 學會電路設計及調試。

二、實訓內容

采用TOP223芯片制作反激開關電源，輸入交流電壓為UAC=100-265V，直流輸出電壓為VO=24V，IO=2A，輸出功率大概為為50W，TOP223內部集成了MOSFET，且TOP223輸出PWM脈沖控制MOS管。

當輸入電壓或負載發生變化時，要求輸出電壓能穩定輸出。

三、實訓電路圖

四、實訓電路工作原理

1、EMI濾波電路。差模干擾抑制最X電容C1實現，共模干擾抑制由共模電感L1和Y電容C8來實現。

2、整流濾波電路。由D8-D11組成橋式整流電路，并由電解電容C29濾波得到平滑的直流電，UC29=（1.2-1.4）UAC。

3、直流變換電路采用反激拓樸結構。反激電路中的開關管集成在芯片TOP223中，TOP223有三個腳分別為D、S 、C。D、S分別為MOS管的漏極和源，C為控制端，接輸出反饋電路。高頻變壓器有三個繞組分別為：原邊繞組N1，副邊繞組N2，輔助繞組N3。D、S腳分別接入變壓器原邊繞組，副邊繞組接快速恢復二極管D14進行半波整流再經電解電容C30濾波得到平滑的直流電，輔助繞組接快速恢復二極管D13進行半波整流再經電解電容C13濾波得到平滑的直流電給TOP223的C腳及PC817光耦的副邊供電。

4、反饋采樣電路。由誤差放大器TL431和光耦PC817組成。TL431的1腳接直流輸出電壓，采樣電壓為2.5V，由電阻R25和R11取得。PC817的原邊即二極管接直流輸出電壓，副邊為光控三極管接TOP223的C腳，其原邊和逼邊沒有電氣連接，起到隔離的作用。

5、保護電路。快速保護電路由保險絲承擔，D2、R17和C34構成RCD鉗位器，能夠防止漏極電壓尖峰脈沖損壞TOP223中的MOS管，齊納二極管VR1用于確保最大的鉗位電壓，在正常工作情況下不會導通，有過壓的時候才工作。

五、實訓步驟

1、分析電路各組成電路的工作原理；

2、根據電路圖和萬能板的大小，先把元器件插在萬能板上，看是否擺放整齊、美觀；

3、在萬能板上焊接電路，線盡量不要交叉，不要走斜線，可以從萬能板的正面和反面走線，焊板前測量器件是否完好；

4、TOP-SWITCH223正常工作時，其控制端C端輸出電壓為5.7V左右；

5、在加電之前用萬用表測量輸入，輸入輸出是否有短路。

6、變壓器的設計與繞制，用軟件計算法或公式計算法計算變壓器相關參數填入表1中，變壓器的骨架引腳如圖2所示。

◆變壓器相關參數的計算：

輸入100V至265V，AC，50Hz。

輸出DC24V/2A，f＝100K，效率 =80%（工作頻率的確定，工作頻率越高，響應速度越快，調整范圍大，變壓器可以做得更小。但是場效應管、整流二極管以及變壓器發熱多，損耗大，噪聲大。）

工作周期T＝1/f＝1/100k＝10us

①最大導通時間Ton（max），反激式占空比Dmax 應該取低于0.45。Ton＝10×0.45=4.5us

②變壓器初級輸入電壓Vp，次級輸出電壓Vs的計算。                                                                             

Vp=Vinmin*1.4=100×1.4=140（V）（用電解電容對全橋整流進行濾波，其直流電壓Vp為1.2-1.4 Vin,取1.4）

   Vs＝Vo＋VF+VL

其中：VL為輸出級漆包線壓降，取0.4V：VF為肖特基二極管正向壓降，取0.6V;

Vo＝24＋0.4＋0.6=25V

③變壓器匝數比（n）的計算（根據公式：n=NP/NS=VP* Dmax / VS*（1- Dmax））

n＝VP* Dmax / VS*（1- Dmax）＝140*0.45/25*0.55≈5

④匝數計算

Np＝(Vp*Ton/Bw* Ae)×10-2（Ton-us,磁芯選EE28，其有效截面積Ae=0,821cm2）

Bw為磁通密度，實際應用磁心的最高溫度為100℃，可以選取0.3T以下。對于反激式變換器，它是單向勵磁的，現在選用Bw=0.2T。

Np=（140*4.5/0.2*0.821）*10-2=38匝

Ns= Np /n＝38/5＝8匝

⑤反饋繞組（NB）的計算

光耦副邊的工作電壓為15V，二極管的壓降為0.6V，所以反饋繞組NB的供電電壓為15.6V。

Nf=（Vf*Ton/Bm*Ae）×10-2＝(15.6*4.5/0.2*0.821)×10-2＝4匝

⑥計算變壓器初級電感量Lp

初級電流有效值：Iav＝Pi/Vp*Dmax＝48/140*0.45＝0.76A

初級峰值電流：Ipeak＝2×Iav＝2×0.76＝1.52A

初級電感量：

Lp＝Vp*Dmax*10-6/Ipeak*fsw=(140*0.45*10-6)/(1.52*100)=0.414mH

⑦線徑的計算

輸入電流有效值的計算:

(效率 =80%)

原邊線徑的計算:

(J取2.5-4A/mm2,dwp單位為mm)

副邊的線徑: (J取2.5-4A/mm2,dwp單位為mm)

表1 變壓器的相關參數

繞組名	引腳	線徑	匝數	電感量
原邊繞組NP	2-4	0.45	38	0.414mH
副邊繞組NS	10-9	2×0.45	8
輔助繞組NB	7-6	0.31	4

圖2 變壓器的骨架引腳圖

（1）將變壓器骨架固定于繞線機上，引腳端朝內，繞變壓器采用“三明治夾層繞法”，如圖3所示；

圖3 變壓器的繞制

（2）采用的漆包線順時針繞制19匝，繞滿第1層，留線端于外側；

（3）用2根0.45mm的漆包線并列于第2層繞8匝，采用密繞的方式；

（4）用1根0.31mm的漆包線在第3層均勻繞制4匝

（5）將步驟2中所留的線回繞19匝，接于出線端。

（6）將所有繞組的漆包線線端浸錫。

（7）將數字電橋的兩個夾子夾住原邊繞組，其它繞組開路，套上磁芯，測試電感量；

（8）將磁芯的兩側連接處墊2層膠紙，重復步驟7，測試電感量；

（9）調整氣隙的大小，直至電感量達到要求的范圍。

（10）用膠紙將磁芯固定，將數字電橋的兩個夾子夾住原邊繞組，其它繞組短路，測試電感量，所測電感量應在要求的漏感范圍內；

（11）判斷繞組的同名端。

(a)用電橋分別測量原邊與副邊的電感量分別為L1與L2，然后原副邊串聯，再測量其電感值為L，如果L>L1+L2那么剛才測量的兩端為異名端；如果L

各芯片的引腳圖：

TOP223：

PC817:

TL431:

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