本文旨在解决此类电路的设计复杂性并使用传统的交流到直流控制器芯片。其结果是一款隔离式 DC-DC 反激式开关电源,可将宽直流输入范围 (70V-150VDC) 转换为 12VDC-0.5A 和 5VDC-1A。输入电压范围可以通过较小的修改进一步修改。
变压器的铁氧体磁芯为EEL19,控制器芯片为Power Integrations TNY278。电源的估计效率约为 71%,开关频率为 137KHz。变压器初级绕组的电感为700uH,漏感估计在20uH左右。初级输出的反射电压约为 78V。除了通过输入直流线路串联的两个简单电阻之外,控制器芯片不需要通过变压器上的辅助绕组提供任何电源。
图1显示了电源的原理图设计。简单浏览一下原理图即可发现该电路考虑了多个电源设计因素,例如输出整流二极管上的 RC 缓冲器。
图 1:交流转 12V 直流双反激电源示意图。
图1:AC转12V DC双反激电源原理图
该电路的是TNY287PG芯片。根据数据表:“Tiny-Switch-III 将高压功率 MOSFET 开关与电源控制器结合在一个设备中。与传统的 PWM(脉宽调制器)控制器不同,它使用简单的开/关控制来调节输出电压。该控制器由振荡器、使能电路(感测和逻辑)、限流状态机、5.85 V 稳压器、BYPASS/MULTI-FUNCTION 引脚欠压、过压电路和限流选择电路、过温保护、限流电路、前沿消隐和 700 V 功率 MOSFET。 Tiny-Switch-III 集成了用于线路欠压检测、自动重启、自适应开关周期导通时间延长和频率抖动的附加电路。 Tiny-Switch-III 集成了 700 V 功率 MOSFET、振荡器、高压开关电流源、电流限制(用户可选)和热关断电路。该 IC 系列采用开/关控制方案,提供设计灵活的解决方案,具有较低的系统成本和扩展的功率能力。”
F1 是 1.25A 普通玻璃保险丝,但 1A 保险丝也能正常工作。 R1 和 R2 降低直流线路电压,为控制器芯片 U1 提供初始启动/工作电流。使用两个普通的 1M 电阻代替 R1 和 R2 的 1.13M-1% 应该没问题。串联使用两个电阻器是在高压应用中使用廉价电阻器的常见技术,因为输入电压被分压并保持远低于每个电阻器的电压限制,否则,必须使用更大、更小的 0.5W 或 1W 电阻器。价格昂贵,有时更难找到。 C1是输入电容,用于降低噪声并增强转换器的稳定性。如有必要,您可以增加电容器的值。
D1和VR1属于缓冲电路,用于抑制初级绕组的高压尖峰,以保护控制器内部MOSFET免受高压瞬变的影响。 D1是400V快速二极管(Trr=200nS),VR1是100V TVS二极管。您不必使用所提到的确切部件号;任何具有类似特性的二极管都可以完成这项工作。例如,您可以使用速度更快的 UF4004 … UF4007 二极管来代替 D1(Trr=50nS 至 75nS)。控制器芯片振荡器采用的电路会引入少量频率抖动(通常为 8 kHz 峰峰值),以地减少 EMI 辐射。频率抖动的调制速率设置为 1 kHz,以优化平均和准峰值发射的 EMI 降低。
T1是EEL19铁氧体磁芯变压器。您可以为该磁芯选择任何骨架(建议使用 5+5 骨架),但缠绕方式、导线厚度和方向应遵循图 2。
图 2:变压器、电线厚度和缠绕方向
变压器参数如下:
铁氧体磁芯:EEL-19(材料3F3)
初级电感:700uH
初级漏感(估计):20uH
开关频率:137KHz
反射输出电压(估计):78V
间隙尺寸(估计):0.2mm
这是缠绕变压器的简单方法:通过顺时针或逆时针缠绕初级线圈来开始该过程。然后将铁氧体磁芯放置到位(在骨架中),并使用 LCR 表测量初级绕组的电感。如果您的LCR表可以选择测量频率,则测量频率为137KHz(控制器的开关频率),否则,将其设置为100KHz。研磨铁氧体磁芯的中腿(图 3)并测量初级绕组的电感,直到读数接近 700uH。小容差是可以接受的,不会引起问题(+/-20uH 容差)。
图 3:铁氧体磁芯中柱的间隙
D2 和 D3 是肖特基二极管,用于整流高频输出脉冲,R3-C4 和 R4-C5 是低压 RC 缓冲器,用于抑制振铃尖峰。 RTN 表示两个输出的公共接地节点,因为它们共享公共接地。 C6、L1、C7; C8、L2 和 C9 是 Pi 滤波器,用于降噪和输出稳定。该电源的输出调节基于 TL431 并联稳压器 (U3),而不是齐纳二极管。 U2 为控制器提供了一条电流隔离路径,以通过 EN/UV 引脚感测输出电压并修改 PWM 脉冲的占空比。类似的零件编号(例如的 PC817)可以用来代替 U2。 R7和R8可以用更容易找到的4.7K-1%电阻代替。
图 4 显示了后续PCB布局。布局建议如下: 从漏极引脚到变压器的走线必须尽可能短。化源极引脚的铜面积是更好地促进控制器散热的良好做法。噪声走线必须远离 EN/UV 引脚。旁路电容 (C3) 应靠近 BP/M 引脚。缓冲器(钳位)电路应尽可能靠近变压器,并且环路面积应化。 Y 电容的走线必须尽可能短,一侧应连接到 +VDC,以获得更好的浪涌保护。次级(肖特基二极管和相邻的接地电容器)的环路面积应化。
图 4:电源 PCB 布局建议
图 5 显示了该项目的物料清单。
图 5:BOM。