单片式开关电源在电器控制系统中的应用

图2　TNY268P系列芯片内部结构框图

1.3　外围电路设计及主要参数计算

TNY268P系列芯片集成度高,内部保护功能较为完善,外围电路设计比较简单.它主要包括交流输入滤波电路、功率变压器、输出反馈电路、输入输出整流滤波电路以及保护电路的设计计算.

1.3.1　功率变压器的设计

1）磁芯选择.高频变压器的设计包括功率变压器的工作模式确定、磁芯尺寸形状选择、原/副边绕组的参数计算及变压器的绕制等.TinySwitch有连续、不连续和完全不连续3种模式.为了降低电磁干扰,减小输出滤波电容的容量,本设计选择不连续工作模式.为了满足TNY268P芯片132kHz的工作频率,减小泄漏磁场,选用低成本的EE22型锰锌铁氧体磁芯.

2）变压器参数计算.

①确定最大占空比Dmax

式中,Pomax为总输出最大功率;η为电源效率;VImin为初级绕组直流输入电压的最小值.

②计算KDP
　　
KDP表示TinySwitch的关断时间与磁芯泄放能量时间的比例系数,其大小决定芯片的工作模式, KDP≥1工作在不连续模式.

式中,VOR为初级感应电压.
　
③原副边绕组的电感量及匝数.

　　
式中,fs为开关频率.

式中,Al为磁芯的电感系数.同理可根据计算公式计算次级主输出绕组的匝数以及每匝电压值,以确定其他次级绕组的匝数.

④导线线径计算.

首先计算电流峰值和有效值,然后选取电流密度为400c.m./A,求出导线的横截面积;最后根据计算值再重新计算占空比,核算窗口面积是否满足设计要求.

3）变压器的绕制技术.

高频变压器的绕制是电源设计的关键环节.绕制时必须注意初级绕组要绕在最里层且设计成两层以下,以减小初级绕组的分布电容和产生的电磁干扰,缩短导线的长度.为增强抗EMI的能力,反馈绕组可置于初、次级绕组之间.次级绕组以输出功率的大小为依据,功率大的靠近初级绕组以减小漏感,如果绕组匝数较少,应使绕组均匀充满整个骨架.