基于TOPSwitch-GX系列TOP247Y芯片的低功率开关电源设计

该电源采用3枚芯片，包括TOP247Y(U1)、光耦合器LTV817A，以及可调式精密并联稳压管LM431。为减小高频变压器体积和增强磁场耦合程度，次级绕组采用了堆叠式绕法。其稳压原理为，U=UR4+UZ+ULM431。当U发生变化时，如U增加时，流过光耦的电流增大，光耦输出的电流随着增大，流经TOP247Y控制端的电流增加，而占空比则减小，从而U下降，这样达到稳压的目的，反之U减小时也有相同的原理。

可调精密稳压管LM431的内部参考电压为2.495V，输出电压经电位器和R7分压，可调电压在2.5V(基准值)至37V(最大值)之间。R6和C18构成LM431的频率补偿网络。C19为软启动电容。除5V电压外，其余各路输出未加反馈，输出电压均由高频变压器的匝数比来确定。R9～R12是15V输出的假负载，它能降低该路的空载及轻载电压。

另外，为了尽可能减少电磁干扰，在开关电源的输入侧接入共模扼流圈，可以明显改善电磁噪声。而安全电容C6能滤除一次、二次绕组耦合电容产生的共模干扰，电容C1可滤除电网线之间的串模干扰。

高频变压器的设计

该开关电源是一个具有多路输出的直流电源，由高频变压器N个二次绕组经整流滤波后获得。因此开关电源的性能在很大程度上决定于变压器的设计。

● 功率计算

高频变压器的二次绕组有三路15V完全相同的直流输出，另一路15V电压的电流为400mA，5V电压提供给其他的芯片，再加上反馈绕组，故由以上设定条件可知，高频变压器的输出功率为：

P0=15×0.2×3+15×1×0.4+5×1=20W

考虑反馈绕组和裕量，实际选用功率为25W。

● 磁芯的选用

根据参考文献给出的输出功率与磁芯尺寸的关系，本开关电源选用EI-33磁芯，其额定输出频率为25kHz、50kHz和100kHz三种，可以选择其中的一种，磁芯有效截面积Ae=119.3，Le=67.6，Ve=8067.4。

● 绕组匝数的计算

由开关电源设计的特点，在确定功率开关元件MOS管的工作频率时，若工作频率较低，则噪声较大;若工作频率较高，开关损耗将增大，但可使变压器、电容等小型化。因此在确定开关频率时要折衷考虑。设定工作频率为25kHz，ρ=0.5，η=0.94。ρ为PWM调制的占空比，η为变压器的效率。

则原边电感量Lp为：

其中，P0为输出功率，η为变压器的效率，Z为损耗分配因数(通常令Z=0.5)，fs为开关频率。 变压器一次绕组电流：

变压器匝数比：

变压器二次绕组匝数：

实取N=9(匝)。一次绕组匝数：

5V直流输出侧的绕组匝数：

使用TOP247Y的注意事项

● 输入滤波电容C2的负极直接连反馈绕组，以便将反馈绕组上的浪涌电流直接返回到输入滤波电容，以提高抑制浪涌干扰的能力。

● TOP247Y控制端附近的电容应尽可能靠近源极和控制端的引端。S极与C、L、X端过通过一条独立的支路相连，不可共享一条支路。

● S、L、X端的引线与外围相关元件的距离也要尽可能短，并且远离漏极的支路要防止产生噪声耦合。

● 线路检测电阻R1应尽可能接近于L引脚。

结束语

综上所述，采用TOPSwitch-GX系列芯片设计的低功率开关电源，电路结构简单，效率高，成本低。经实验测定，输出电压调整率、负载调整率均在设定范围内，实验结果证明该开关电源是可靠的。