單片式開關電源在電器控制系統中的應用-工業電器網
[單片式開關電源在電器控制系統中的應用]:隨著電力電子技術和PWM技術的迅速發展和不斷完善,開關電源以其優越的性價比得到廣泛應用。但是,市場調查和研究分析表明,由于分立式結構、可靠性及成本高等問題,目前小功率開關電源在家電領域的應用仍局限于聲...
1、電源電路設計
1.1 設計技術要求及系統結構
根據對冰箱、空調等系列家用電器控制器輔助電源的特點分析,設計技術指標確定如下:輸入電壓為交流220V±15%,(50±1)Hz;輸出電壓分別為+5V(700mA)和+12V(500mA);為了提高家用電器控制器濾波效果和電源的可靠性,如需要在輸出端增加三端
1.2 TNY268P芯片介紹
TNY268P系列芯片是美國PowerIntegration公司推出的第2代增強型單片隔離式高效小功率開關電源控制芯片,內部結構集成了一只700V的功率MOSFET振蕩器、5.8V穩壓電源、高壓開關電流源,以及欠壓、過流及熱關斷保護電路,具有自動重啟動以及頻率抖動等功能。由于漏極電壓直接提供系統啟動和工作所需能量,從而省略了變壓器偏置繞組及相關電路。TNY268P系列芯片的特點不僅有利于簡化外圍電路設計、減少系統的損耗,而且能有效消除音頻噪聲,提高EMI能力,節約電源成本。
TNY268P系列芯片分為DIP-8和SMD-8兩種封裝形式。漏極D連接內部功率MOSFET的漏極,提供啟動和穩態工作時的內部電流;源極S控制電路公共端內部連接MOSFET的源極;內部5.8V的穩壓電源外接0.1μF旁路電容;正常工作時,使能輸入/欠壓檢測端(EN/UV)控制MOSFET開關狀態,當從該端流出的電流>240μA時,MOSFET關斷。同時通過外接檢測電阻檢測輸入電壓條件。
1.3 外圍電路設計及主要參數計算
TNY268P系列芯片集成度高,內部保護功能較為完善,外圍電路設計比較簡單。它主要包括交流輸入濾波電路、功率變壓器、輸出反饋電路、輸入輸出整流濾波電路以及保護電路的設計計算。
1.3.1 功率變壓器的設計
1)磁芯選擇。高頻變壓器的設計包括功率變壓器的工作模式確定、磁芯尺寸形狀選擇、原/副邊繞組的參數計算及變壓器的繞制等。TinySwitch有連續、不連續和完全不連續3種模式。為了降低電磁干擾,減小輸出濾波電容的容量,本設計選擇不連續工作模式。為了滿足TNY268P芯片132kHz的工作頻率,減小泄漏磁場,選用低成本的EE22型錳鋅鐵氧體磁芯。
2)變壓器參數計算。
① 確定最大占空比Dmax
式中,Pomax為總輸出最大功率;η為電源效率;VImin為初級繞組直流輸入電壓的最小值。
② 計算KDP
KDP表示TinySwitch的關斷時間與磁芯泄放能量時間的比例系數,其大小決定芯片的工作模式,KDP≥1工作在不連續模式。
式中,VOR為初級感應電壓。
式中,VOR為初級感應電壓。
③ 原副邊繞組的電感量及匝數。
式中,fs為開關頻率。
式中,fs為開關頻率。
式中,Al為磁芯的電感系數。同理可根據計算公式計算次級主輸出繞組的匝數以及每匝電壓值,以確定其他次級繞組的匝數。
④ 導線線徑計算。
首先計算電流峰值和有效值,然后選取電流密度為400c.m./A,求出導線的橫截面積;最后根據計算值再重新計算占空比,核算窗口面積是否滿足設計要求。
3)變壓器的繞制技術。
隨著電力 電子 技術和PWM技術的迅速發展和不斷完善,開關電源以其優越的性價比得到廣泛應用。但是,市場調查和研究分析表明,由于分立式結構、可靠性及成本高等問題,目前小功率開關電源在家電領域的應用仍局限于聲像及變頻技術系列產品。此外,電磁兼容性的問題也是阻礙其應用推廣的主要因素之一。近年來,高度集成的單片式開關電源控制芯片不斷涌現,使上述問題得到了有效解決。本文根據多年的家用電器控制器方面的設計生產經驗,針對冰箱、洗衣機以及空調等家用電器控制系統輔助電源的共同特點,以TNY268P系列單片隔離式智能集成芯片為核心,設計了一種通用性強、易于集成的專用開關電源電路。1.1 設計技術要求及系統結構根據對冰箱、空調等系列家用電器控制器輔助電源的特點分析,設計技術指標確定如下:輸入電壓為交流220V±15%,(50±1)Hz;輸出電壓分別為+5V(700mA)和+12V(500mA);為了提高家用電器控制器濾波效果和電源的可靠性,如需要在輸出端增加三端 穩壓器 ,則實際輸出電壓應為+8V(700mA)和15V(500mA);輸出電壓的紋波峰峰值UP-P≤1%,其他電氣性能要求滿足相應國家標準。圖1是采用TNY268P系列單片集成開關電源芯片設計的一種單輸入雙輸出的通用開關電源電路,功率變換器拓撲采用易于多路輸出的單端反激式結構,主要包括交流輸入抗電磁干擾(EMI)濾波電路、整流電路、高頻功率 變壓器 、輸出反饋電路、保護電路以及TNY268P電源芯片。1.2 TNY268P芯片介紹TNY268P系列芯片是美國PowerIntegration公司推出的第2代增強型單片隔離式高效小功率開關電源控制芯片,內部結構集成了一只700V的功率MOSFET振蕩器、5.8V穩壓電源、高壓開關電流源,以及欠壓、過流及熱關斷保護電路,具有自動重啟動以及頻率抖動等功能。由于漏極電壓直接提供系統啟動和工作所需能量,從而省略了變壓器偏置繞組及相關電路。TNY268P系列芯片的特點不僅有利于簡化外圍電路設計、減少系統的損耗,而且能有效消除音頻噪聲,提高EMI能力,節約電源成本。TNY268P系列芯片分為DIP-8和SMD-8兩種封裝形式。漏極D連接內部功率MOSFET的漏極,提供啟動和穩態工作時的內部電流;源極S控制電路公共端內部連接MOSFET的源極;內部5.8V的穩壓電源外接0.1μF旁路電容;正常工作時,使能輸入/欠壓檢測端(EN/UV)控制MOSFET開關狀態,當從該端流出的電流>240μA時,MOSFET關斷。同時通過外接檢測電阻檢測輸入電壓條件。1.3 外圍電路設計及主要參數計算TNY268P系列芯片集成度高,內部保護功能較為完善,外圍電路設計比較簡單。它主要包括交流輸入濾波電路、功率變壓器、輸出反饋電路、輸入輸出整流濾波電路以及保護電路的設計計算。1.3.1 功率變壓器的設計1)磁芯選擇。高頻變壓器的設計包括功率變壓器的工作模式確定、磁芯尺寸形狀選擇、原/副邊繞組的參數計算及變壓器的繞制等。TinySwitch有連續、不連續和完全不連續3種模式。為了降低電磁干擾,減小輸出濾波電容的容量,本設計選擇不連續工作模式。為了滿足TNY268P芯片132kHz的工作頻率,減小泄漏磁場,選用低成本的EE22型錳鋅鐵氧體磁芯。2)變壓器參數計算。① 確定最大占空比Dmax式中,Pomax為總輸出最大功率;η為電源效率;VImin為初級繞組直流輸入電壓的最小值。② 計算KDPKDP表示TinySwitch的關斷時間與磁芯泄放能量時間的比例系數,其大小決定芯片的工作模式,KDP≥1工作在不連續模式。式中,VOR為初級感應電壓。式中,VOR為初級感應電壓。③ 原副邊繞組的電感量及匝數。式中,fs為開關頻率。式中,fs為開關頻率。式中,Al為磁芯的電感系數。同理可根據計算公式計算次級主輸出繞組的匝數以及每匝電壓值,以確定其他次級繞組的匝數。④ 導線線徑計算。首先計算電流峰值和有效值,然后選取電流密度為400c.m./A,求出導線的橫截面積;最后根據計算值再重新計算占空比,核算窗口面積是否滿足設計要求。3)變壓器的繞制技術。
工業電器網:此內容轉載于合作媒體或互聯網其它網站,工業電器網登載此文出于傳遞更多信息之目的,并不意味著贊同其觀點或證實其描述!新聞、技術文章投稿QQ:928246603 郵箱:news@bhscdn.com