基于TOPSwitch的多路輸出電源的設計

來源：互聯網 作者：秩名2013年10月10日 11:06

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[導讀] 隨著電力電子技術的不斷發展，變頻調速技術在工業傳動領域的應用也越來越廣泛，其中尤以交-直-交變頻調速應用最為普遍。交-直-交變頻調速電路包括整流及逆變部分，其中逆變部分典型為6個開關單元（IGBT或MOS管），上、下臂各3個，也有的加上制動單元為7個開關單元。因為上臂3個單元的控制觸發脈沖信號的參考地是懸浮的，故觸發脈沖一般需要相互隔離的4組電源（上臂3個單元分別供電，下臂共用一組電源）。

關鍵詞：PI公司多路輸出電源Topswitch

　　引言

　　隨著電力電子技術的不斷發展，變頻調速技術在工業傳動領域的應用也越來越廣泛，其中尤以交-直-交變頻調速應用最為普遍。

　　交-直-交變頻調速電路包括整流及逆變部分，其中逆變部分典型為6個開關單元（IGBT或MOS管），上、下臂各3個，也有的加上制動單元為7個開關單元。因為上臂3個單元的控制觸發脈沖信號的參考地是懸浮的，故觸發脈沖一般需要相互隔離的4組電源（上臂3個單元分別供電，下臂共用一組電源）。當然，若軟件配合控制，給出充電脈沖，上臂3個單元的電源采用自舉電路，則只用一組電源即可。

　　這里只討論采用4組電源的情況。逆變器的控制輔助電源有3個特點：

　　1）具有多路輸出電壓。本文介紹的電源就有5V、±15V、四組16V觸發脈沖電源、12V偏置電源、24V共9路輸出電壓。其中，5V、±15V輸出電壓共地，其余輸出電壓均為獨立輸出電壓；

　　2）四組脈沖電源要求輸出電壓一致性較好，穩壓精度較高；

　　3）四組脈沖電源要求能提供較大的瞬時功率，但平均功率較小。

　　要滿足上述要求而又簡單、成本低，采用美國PI公司的TOPSwitch系列產品不失為一種較好的選擇。TOPSwitch系列產品將MOS管和PWM控制器集成在一個芯片之中，外圍電路十分簡單，功率范圍涵蓋了數瓦到數百瓦，芯片封裝形式多種多樣，有的芯片還具有過溫、過流及輸入電壓過、欠壓等保護功能，能靈活適應許多電源的設計。PI公司還推出了TOPSwitch系列產品的輔助設計軟件，以方便使用者快速、準確地設計出所需要的電源。筆者在做一個伺服控制器項目時其輔助電源就選用了TOPSwitch產品來設計，作為一個典型例子，下面簡要介紹其設計方法及要點。

　　電路沒計

　　電源設計要求

　　輸入電壓VIN范圍：180VAc～240VAc.各輸出電壓幅值及額定負載分別為：Vo1：5.8V，1A；Vo2：15V，0.2A；Vo3：-15V，0.2A；Vo4：24V，0.1A；Vo5：16V，0.2A；Vo6：16V，0.1A；Vo7：16V，0.1A；Vo8：16V，0.1A；VBIA：12V，0.02A. 要求工作可靠，所占空間小，成本較低。

　　TOPSwitch器件選型

　　在本電源中，Po=22.44w，電源工作于密閉的控制柜中，為了工作可靠應具有過溫、過流及輸入過、欠壓等保護措施，綜合考慮后，我們選擇了 TOPSwitch-GX系列的TOP243R器件。該器件在輸入電壓為230VAC±15%時，在適配器工作環境下（對應于密閉環境）最大輸出功率為 29W，且有過溫、過流及輸入過、欠壓等保護功能，“R”型封裝便于利用PCB覆銅層散熱，省去散熱器。

　　高頻變壓器設計

　　針對采用TOPSwitch系列產品的電源設計，PI公司推出了PI Expert輔助設計軟件。只要輸入電源設計要求，該軟件會快速、準確地給出設計結果，包括推薦采用的TOPSwitch系列產品、變壓器磁芯及變壓器初、次級繞組參數等。但目前版本只支持最多5組次級輸出繞組，若輸出繞組大于5組，則可按下述步驟手工計算變壓器繞組參數：

　　最小輸入直流電壓