基于TOP243Y的单片反激开关电源设计

摘要：介绍了一种具有多路输出的单端反激式开关电源的设计方法，给出了利用单片开关电源集成芯片TOP243Y的电源设计实例，对外围输入EMI滤波电路、钳位电路、高频变压器、输出整流滤波电路等部分的设计过程进行了详细的分析和说明，并对设计样机进行组装和调试。
关键词：开关电源；TOP243Y；高频变压器；钳位电路；样机调试

基于某课题项目中的嵌入式设备的电源需求，根据实际需要收集设计电源的参数指标，分析并设计一款基于TOP243Y的单片反激开关电源设计，最终通过样机的组装和调试对设计结果进行验证。

1 电源技术指标的收集
本设计是基于一款嵌入式ARM开发板而设计的电源，根据具体设备电源的需求，收集以下指标：输入电压范围：220±20％；输出电压和对应的电流值：5 V／1A，12V／1A，-12V／1A，输出纹波：1％，工作温度：-40～85℃，电压调整率：±0.1％，负载调整率：≤±5％，损耗因数：0．5。

2 EMI滤波器及输入整流电路设计
在大多数场合EMI电源滤波器主要抑制共模干扰信号。本设计EMI滤波器中的CX、CIN1和LCM就是用来滤除共模干扰的。共模电感通常取5～33 mH，本设计取为6 mH。整流桥选用1N4001(1A／1 000 V)，此管可对电流电压留有一定的余量。
CIN1的值可通过式(1)进行计算：

可得：CIN1≈3．16×10-5F，留有一定余量，本设计取CIN1为33 μF。CX为X电容，在使用开关电源的PI电路中，其最佳电容量是0．1～0．33 μF，本设计取为0．1 μF。

3 高频变压器的设计
3．1 变压器磁芯的选择
在单片开关电源设计中，通常选择锰锌铁氧体材料的磁芯，磁芯截有效面积可用下面经验公式(2)计算：

其中Ae是磁芯有效面积，ηr是变压器的转换效率，通常取0．75～0.95之间数，本设计取0．9。经计算得到Ae≈0．85 cm2，然后查变压器的磁芯对照表，最后选择EE28磁芯。
3．2 计算脉冲信号量大占空比OMAX
当电网电压在220±20％范围内变化时，经全波整流后的直流输入电压最小为Vin(min)为208.86V。根据公式(3)可得最大占空比为：

其中VOR为反射电压，是指当功率开关管关断且次级电路处于导通状态时，次级电压感应到初级端的电压值。根据本设计要求计算时取VOR=110 V，VDS为主开关导通对D、S间压降，典型值为10 V。经计算得到：DMAX≈0．36。
3．3 计算初级峰值电流
平均值电流如式(4)所示：

3. 4 计算变压器原边的电感量

其中Z是损耗分配因子。一般取作0．5。经计算可得：LP≈1 860．29μH