电子产品世界

引言

　　随着电力电子技术的不断发展，变频调速技术在工业传动领域的应用也越来越广泛，其中尤以交-直-交变频调速应用最为普遍。交-直-交变频调速电路包括整流及逆变部分，其中逆变部分典型为6个开关单元(igbt或mos管)，上、下臂各3个，也有的加上制动单元为7个开关单元。因为上臂3个单元的控制触发脉冲信号的参考地是悬浮的，故触发脉冲一般需要相互隔离的4组电源(上臂3个单元分别供电，下臂共用一组电源)。当然，若软件配合控制，给出充电脉冲，上臂3个单元的电源采用自举电路，则只用一组电源即可。这里只讨论采用4组电源的情况。逆变器的控制辅助电源有3个特点：1)具有多路输出电压。本文介绍的电源就有5v、±15v、四组16v触发脉冲电源、12v偏置电源、24v共9路输出电压。其中，5v、±15v输出电压共地，其余输出电压均为独立输出电压。2)四组脉冲电源要求输出电压一致性较好，稳压精度较高。3)四组脉冲电源要求能提供较大的瞬时功率，但平均功率较小。要满足上述要求而又简单、成本低，采用美国pi公司的topswitch系列产品不失为一种较好的选择。topswitch系列产品将mos管和pwm控制

器集成在一个芯片之中，外围电路十分简单，功率范围涵盖了数瓦到数百瓦，芯片封装形式多种多样，有的芯片还具有过温、过流及输入电压过、欠压等保护功能，能灵活适应许多电源的设计。pi公司还推出了topswitch系列产品的辅助设计软件，以方便使用者快速、准确地设计出所需要的电源。笔者在做一个伺服控制器项目时其辅助电源就选用了topswitch产品来设计，作为一个典型例子，下面简要介绍其设计方法及要点。

　　电路没计

　　电源设计要求

　　输入电压vin范围：180vac～240vac。各输出电压幅值及额定负载分别为：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，所占空间小，成本较低。

　　topswitch器件选型

　　在本电源中，po=22.44w，电源工作于密闭的控制柜中，为了工作可靠应具有过温、过流及输入过、欠压等保护措施，综合考虑后，我们选择了topswitch-gx系列的top243r器件。该器件在输入电压为230vac±15％时，在适配器工作环境下(对应于密闭环境)最大输出功率为29w，且有过温、过流及输入过、欠压等保护功能，"r"型封装便于利用pcb覆铜层散热，省去散热器。

　　高频变压器设计

　　针对采用topswitch系列产品的电源设计，pi公司推出了pi expert辅助设计软件。只要输入电源设计要求，该软件会快速、准确地给出设计结果，包括推荐采用的topswitch系列产品、变压器磁芯及变压器初、次级绕组参数等。但目前版本只支持最多5组次级输出绕组，若输出绕组大于5组，则可按下述步骤手工计算变压器绕组参数：

　　

式中vacmin为最小输入交流电压，po为输出功率，fl为输入线电压频率，tc为桥式整流传导时间，典型值为3ms，η为效率(一般取0.8)，cin为输入滤波电容(一般取输出功率(w)的2～3倍(μf))。

　　

式中vor为反射电压。对top2xx系列器件而言，vor≤135v，这里取135v。vds为主开关导通时d、s端间压降，典型值为10v。

　　

则式中krp为纹波电流与峰值电流比。在连续工作模式下，对230vac输入，krp≥0.6，这里krp取0.6。

则式中fs为工作开关频率，这里fs=132khz，则

　　

次级绕组匝数ns：对topswitch器件来说，在85～265vac或230vac输入时，ns取0.6匝/v，故ns=(vo+vd)×0.6。式中vo为输出电压，vd为输出二极管正向压降。一般对肖特基二极管vd取0.4v，对超快恢复二极管vd取0.7v。本电源中，5.8v输出二极管采用新电元公司的de3s4m，根据资料其vd=0.55v。因此，5.8v输出电压的绕组匝数n5.8v=(5.8v+0.55)×0.6=3.81(匝)，取整数为4匝。

　　

取16匝。

　　以上主要介绍了变压器绕组匝数及初级绕组电感的计算，变压器磁芯气隙长度及绕组线径等参数的计算选 择在此不再赘述。电源电路如图1所示。