文档介绍：高频开关电源课程论文
基于TOP260EN的反激式开关电源的仿真研究
学院电力学院
专业电力电子与电力传动
学生姓名王振亚
学号 201220111105
课任教师肖文勋
提交日期 2013年03月19日
开关电源课程设计
本课程的设计目标是做一个100W的驱动电源,其中输入为102—265V交流电;输出分为两路:主输出为12V,8A;副输出为8V,,所用开关控制器为PI公司生产的TOP260EN芯片。
一、简单介绍
本文是为家电设计一款100W左右的冷却电源,使用TOPSwitch-HX系列的TOP260EN芯片。电源输出为:12V 8A和8V 。其中芯片的工作频率在66kHz—132kHz之间。
本课程设计主要包括驱动电源相关参数,电路图,电路设计原理,变压器设计,电源电路仿真,实物图等部分。
电源主要目标参数
图1. 开关电源的主要参数
从表中可以看出:出了前面介绍的电源输出电压电流要求外,输出电压的纹波不超过500mV,满负荷运行的效率要达到82%。
电路原理图

图2. 电路原理图
开关电源电路设计原理分析
本电路是用TOP260EN作为控制芯片的反激式驱动电源,设计运行电压范围为交流102V—265V之间。该驱动电源有两路输出:12V 8A和8V , 总设计功率为100W,电气原理图如上图所示。
驱动电源电路输入和EMI滤波部分
保险丝F1在电源出现如短路等故障时起保护作用,整流桥D2将交流电压转换成直流电压,电容C4进行电源滤波和储能。
放置在整流桥前面的共模扼流圈和电容C16作用是一方面降低共模噪音,另一方面降低EMI辐射。R11和R12在交流输入关断时对电容放电。C7作为旁路电容可以减少输入电压回路规模。
控制电路部分
钳位缓冲电路由D4,R3,VR1和C9组成。在主开关MOS管关断期间,变压器主线圈会因为漏感储存的能量而产生一个尖峰电压,这个电压可能超过MOS管的击穿电压。在关断期间,二极管D4导通,VR1可以防止主线圈电压超过其额定值(本设计为200V)。
电压上升率阻尼电路由D7,R13和C17。在MOS管关断的时候,漏极能量通过D7注入到C17中,可以限制漏极电压的变化率,同时降低EMI。当开关管接通的时候,电容通过R13放电。
输出整流
本开关电源有两路输出,其中对于主输出12V支路而言,用两个并联的肖特基二极管来提高效率。D1和D3添加的RC缓冲电路可以在二极管关断时对抑制尖峰电压,因为二极管的反向恢复特性和输出漏感会对EMI产生显著影响。另外影响关断特性的二极管结电容和内电感也由这个缓冲电路控制。输出端的后级LC滤波器可以降低纹波。8V输出是一个非隔离浮动输出支路。这路输出被二极管D5整流且与三端可调稳压器相连。稳压集成器U2通过R19和R20的分压来进行调节,电容C13和C14充当输出滤波电容。这样的输出设计可以使得在两个输出都满载的情况下,输出U2 的电压接近9V,从而降低线性稳压器中的功率损耗。
输出反馈部分
主输出的调节通过TL431电路来保持其5%的变化。,TL431经光耦二极管U3吸收电流。芯片U1通过电流注入控制端,降低占空比。附加的缓冲完成电路由C21,R9和D8构成。在启动的时候,C21通过U3提供的反馈充电,比输出端更早达到稳定值。这样既可以增加输出达到稳态的允许时间,又可以阻止输出超调。R9在电源关闭时对电容进行放电。为了改善暂态响应,相位裕量和交叉频率,所以该电路使用了补偿元件R21和C23。
变压器设计
电气原理图
图3. 变压器相关参数
变压器电气参数
主电感量:340μH,%
谐振频率:850kHz
主线圈漏感:5μH
变压器绕制方法
主线圈1:自引脚3起,从左到右绕19圈22AWG号线,止于引脚2。
加一层绝缘胶带。
次级线圈1:自引脚9起,从左到右绕5圈25AWG号四匝并绕铜线,
止于引脚10,加一层绝缘胶带。
次级线圈2:自引脚11起,从左到右绕5圈四匝并绕的25AWG号线,
止于引脚12,加两层绝缘胶带。
输出线圈:自引脚6起,从左到右绕4圈四匝并绕的30AWG号线,
。
偏压线圈:自引脚5起,从左到右绕6圈两匝并绕的30AWG号线,
。
主线圈2:自引脚2起,从左到右绕19圈22AWG号线,止于引脚1.
加一层绝缘胶带。
电路仿真及波形分析
开环电路图
本高频开关电源设计用软件Saber进行仿真。对于开环而言,原电路中的反馈回路可以