基于piexpert反激式開關(guān)電源設(shè)計

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1、基于PIExpert反激式開關(guān)電源設(shè)計　　【摘要】反激式開關(guān)電源具有電路結(jié)構(gòu)簡單，安全隔離和輸出電壓范圍較大的特點(diǎn)，因此在電器設(shè)備中應(yīng)用非常廣泛。PIExpert是美國PowerIntegrations公司出品的一款開關(guān)電源設(shè)計軟件，使用PIExpert可以快速設(shè)計出可靠的開關(guān)電源。本文基于PIExpert設(shè)計了一款兩路輸出（+5V/250mA，+12V/1A）的反激式開關(guān)電源，調(diào)試結(jié)果表明該電源性能良好?！娟P(guān)鍵詞】反激式；變壓器；開關(guān)電源；PIExpert1.引言近年來，開關(guān)電源的發(fā)展非常迅速。相對于線性電源，開關(guān)電源有著體積小、重量輕、效率高、抗干擾強(qiáng)、輸

2、出電壓范圍寬和便于模塊化等優(yōu)點(diǎn)。開關(guān)電源分為隔離和非隔離兩種形式，而隔離式又有正激和反激兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。一般在中小功率電源場合，反激式開關(guān)電源往往最具性價比，因此被廣泛應(yīng)用于家電、工業(yè)控制、通訊、LED照明等領(lǐng)域。但設(shè)計一款具有高性價比的開關(guān)電源并非易事，需要設(shè)計人員具備豐富的理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗。按照傳統(tǒng)的手工設(shè)計方法，開關(guān)電源需要計算的參數(shù)變量非常多，工作量較大。為配合用戶進(jìn)行開關(guān)電源的設(shè)計，PowerIntegrations公司推出了PI7Expert電源設(shè)計軟件，大大地減輕了設(shè)計人員的工作量。該軟件簡單易用，靈活方便，是一種高效的開關(guān)電源設(shè)計工具。2.反激

3、式開關(guān)電源的基本原理所謂反激式開關(guān)電源，是指當(dāng)變壓器的初級線圈正好被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈沒有向負(fù)載提供功率輸出，而僅在變壓器初級線圈的激勵電壓被關(guān)斷后才向負(fù)載提供功率輸出，這種變壓器開關(guān)電源稱為反激式開關(guān)電源。反激式開關(guān)電源中的變壓器起著儲能元件的作用，可以看作是一對互相耦合的電感。在實(shí)際應(yīng)用中，反激變換器又經(jīng)常被設(shè)計成不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM模式）和連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM模式），以便根據(jù)具體的使用情況實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的最佳性能[1]。7反激式開關(guān)電源一般由電源整流濾波電路，開關(guān)芯片，高頻變壓器，漏極箝位電路，反饋電路和輸出濾波電路組成。電源濾波電路一方面

4、消除來自電網(wǎng)的干擾，同時也防止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散。輸入整流電路將電網(wǎng)輸入電壓進(jìn)行整流濾波，為高頻變壓器提供直流電壓。開關(guān)芯片是開關(guān)電源的關(guān)鍵部分，選擇一款好的開關(guān)芯片對開關(guān)電源的性能起著重大的作用。變壓器是整個電源的核心，它把直流高電壓變換成低電壓，并且起到將輸出部分與輸入電網(wǎng)隔離的作用。漏極箝位電路的作用是當(dāng)功率開關(guān)管（MOSFET）關(guān)斷時，對由高頻變壓器漏感所形成的尖峰電壓進(jìn)行鉗位和吸收，以防止開關(guān)管因過電壓而損壞。反饋電路和輸出濾波電路也是開關(guān)電源不可缺少的部分，其設(shè)計的好壞直接關(guān)系著輸出電壓的穩(wěn)定性和質(zhì)量。3.PIExpert的主要功能和

5、特點(diǎn)PIExpert是一個自動化的圖形用戶界面（GUI）程序，通過接收用戶輸入的電源規(guī)格參數(shù)，自動生成基于PI系列IC設(shè)計的電源方案。PIExpert提供了構(gòu)建和測試工作原型所需的一切信息，其中包括輸入電路、器件選擇、器件特性利用、箝位電路以及反饋電路在內(nèi)的完整示意圖和BOM。PIExpert還提供完整的磁特性設(shè)計，也可生成用于機(jī)械裝配的詳細(xì)繞制說明。PIExpert的最新版本為V9.0。運(yùn)用PIExpert設(shè)計開關(guān)電源有以下幾個步驟：第一步：用設(shè)計向?qū)陆ㄒ粋€設(shè)計。在向?qū)е形覀冃枰謩e選擇開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，開關(guān)芯片、開關(guān)頻率、外殼、反饋類型、輸入電壓類型，

6、輸出參數(shù)和優(yōu)化參數(shù)。第二步：選擇主輸出繞組的匝數(shù)范圍和磁芯選擇范圍，之后點(diǎn)擊完成設(shè)計便可生成一個初步的開關(guān)電源電路圖和設(shè)計參數(shù)列表。第三步：補(bǔ)充參數(shù)。在PIExpert窗口左側(cè)的“設(shè)計樹試圖”中補(bǔ)充設(shè)置一些未設(shè)置過的參數(shù)，如主輸出電壓，輸出繞組疊加方式，EMI濾波結(jié)構(gòu)等，設(shè)置完畢后點(diǎn)擊“開始優(yōu)化”即可完成。7第四步：手動調(diào)整。由于軟件根據(jù)自身的算法計算元器件的值，所以存在非標(biāo)或不常用的問題，這會給物料采購帶來麻煩，這時候需要在合理的范圍內(nèi)調(diào)整器件的值。設(shè)計完成后，PIExpert自動生成電路圖、設(shè)計結(jié)果表單、電路板布局、材料清單和變壓器構(gòu)造示意圖，非常方便。4

7、.設(shè)計實(shí)例本文基于PIExpert設(shè)計了一款兩路輸出（+5V/250mA，+12V/1A）的反激式開關(guān)電源，其輸入電壓為通用寬電壓85～265V。此電源采用PI公司TinySwitch-III系列產(chǎn)品中的TNY280PN作為開關(guān)芯片，高頻變壓器使用EE19磁芯，具有輸出過載和短路保護(hù)功能。4.1電路設(shè)計PIExpert會根據(jù)用戶輸入的規(guī)格參數(shù)自動生成電路原理圖，其中，較為關(guān)鍵的參數(shù)有：（1）輸出疊加方式：因為交流疊加式可提供較佳的交叉穩(wěn)壓和工作效率，故輸出繞組采用交流疊加的方式進(jìn)行互連。7（2）反饋類型：為了得到較佳的穩(wěn)壓效果，此處選擇使用TL431作為反饋，

8、并使用偏置繞組進(jìn)一步減少開關(guān)電源的空載