top芯片的150w双路输出开关电源设计
摘 要如今，开关电源已然成为我们的生活的一部分，随着开关电源技术的成熟，因其实用性强，在生活中被广泛应用，但开关电源外围电路复杂，体型较大，因此，单片开关电源应运而生。本文先对开关电源的背景，发展趋势等做了介绍。再根据原理，以TOP227Y芯片为核心，把反激式拓扑作为整个电路的结构设计出了一个150W的双路输出开关电源电路。以市电为输入，经过整流电路把交流转换成直流后，经过高频变压器，使得该电路输出稳定在12V和5V。其中，通过对线径、匝数的计算选择合适的变压器以及对整个电路的消磁而选择合适的元器件。最后通过对电路的调试，验证了该电路能正常运行，并能够输出稳定在12V和5V左右，通过比较和观察波形图等可以发现了该电路具有输出电压稳定，效率高，波纹小等特点。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 概论 1
1.2 发展方向及趋势 1
1.3 本文的主要研究内容 2
第二章 开关电源的设计方案 3
2.1 开关电源的框图 3
2.2 开关电源基本拓扑的选择 3
2.1.1 单端反激式电路 4
2.2.2 单端正激式电路 4
2.3 漏极钳位电路的选择 5
2.4 TOP芯片的简介 8
第三章 TOP227Y反激开关电源的设计 12
3.1 概述 12
3.2 基本参数 12
3.3 各单元电路的设计 12
3.3.1 电磁干扰滤波电路的设计 12
3.3.2 输入整流滤波电路设计 13
3.3.3 钳位保护电路的设计 14
3.3.4 高频变压器设计 15
3.3.5 输出整流滤波电路的设计 18
3.3.6 反馈回路的设计 19
第四章 开关电源的调试 21
4.1 开关电源的测试与分析 21
4.2 总结 23
结语 25
参考文献 26
附录A（电路原理图） 27
附录B（元件清单） 28
致谢 29
绪论
概论
r /> 电源是一种发电的装置，生活中使用到的电，通常都是需要经过转换才可以适合使用者的需要，开关电源就是采用了电子器件，通过控制电路，使电路中的电子开关在不停地“打开”和“关闭”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现直流/交流，直流/直流的电压变换。
当今社会，电源已经与人类的生活息息相关，在各个领域，尤其是在电子方面，其性能的好坏将直接影响到电子设备的技术指标，以及其是否能可靠安全的工作。开关电源的效率高，稳定性好，节能设计，使其成为了主要的供电装置，高度集成的单片开关电源也由于成本低，外围电路简单等优点，已成为常用的电源存在。
根据开关电源不同的特点，可分为多种方式。有自激式、单端式、串联型等。
发展方向及趋势
开关电源的发展与开关电源各组件的发展相辅相成。高速开关器件的大功率以及低损耗的磁性材料的开发会对推动开关稳压电源的发展。
如何降低尺寸，重量，开关电源，减少损失，提高效率，也采取了一系列措施。就现在而言，开关电源还远远达不到人们的要求和应用价值，像体积，重量之类的在技术上都不能说是十分的完美。
开关电源的小型化，轻量化和高功率密度化对人们的生活尤为重要，比如在移动电话、数码相机，甚至在航天航空、深海探测等方面都有涉猎，若做的很大很重，就会影响电子设备的性能，并且不易于携带。因此，可以从提高转换器的工作频率方面下手，众所周知，开关管的开关频率越高，容量越大，需要的磁性元件就越小，体积也就越小。
但是频率越高，也就意味着功率器件的开关损耗也会变得很大，温度会变得很高，这就是为什么有时候看到的开关电源，都需要加很大的散热器的原因了。这时候，可通过运用软开关技术来改善这个问题。所谓软开关技术，就是指零电流输入或者零电压输出，功率是电压乘以电流，只要有一方为零，它的功率就能为零，损耗就为零，从而减小了开关损耗。此外，软开关技术还有降低开关噪声和减少电源外部电磁干扰功能。
电路元件性能的好坏也影响着开关电源的效率。电路元件性能越好，并根据搭载合适的外围电路，相信此开关电源的效率能大大的提高。
本论文的研究内容及意义
开关电源体积小、效率高，被誉为高效节能电源，现己成为稳压电源的主导产品。当今开关电源正向着集成化、智能化的方向发展。高度集成、功能强大的开关型稳压电源代表着开关电源发展的主流方向。本论文主要围绕当前流行的集成开关电源芯片进行小功率开关型稳压电源特性的研究。通过查阅资料，了解本电路中所有运用到的硬件知识等，并完成对本课题的设计。论文结构安排如下：
本文开篇阐述了开关电源的背景、意义及发展趋势；
其次是对本课题的设计方案的一个总体框架，并根据这个框架，选择合适的电路；
再次主要是对电路中需要计算的部分进行计算并进行分析；
最后是对本电路测试后，对得出的测试数据进行分析，找出电路中不足的部分，对电路进行一些适当的调整，最后得出的波形；
对各个部分都已经掌握之后，根据书上的典型电路，联系实际情况，对电路做出相应的修改。完成实物后，通过对电路板的测试，改变外围电路部分元件的参数，使得电路能有稳定的输出。
开关电源的设计方案
2.1 开关电源的框图
本电路是由三个部分组成，输入电路、转换电路以及输出整流电路，整体框架如图2.1所示。
图2.1 开关电源基本框图
输入电路中主要是保护电路的搭建，包括电磁干扰滤波电路和整流电路以及钳位电路，保护电路及钳位电路是用来保护各器件以及保护整个电路的正常运行，使之延长使用寿命。
电路工作原理具体如下：输入的交流电经过输入电路，整流滤波之后得到的直流电，又经过高频变压器转换成所需要的电压值，最后经过输出整流滤波电路滤掉直流电中的脉动成分，使之输出得到稳定。
这个开关电源的稳压主要还是靠反馈控制电路来实现的，即：输出电流经过采样，与前面的基准电压相比，然后由脉宽调制电路根据比较结果来进行脉宽调制，此时的功率得到控制，输出电压就变得稳定了。
2.2 开关电源基本拓扑的选择
开关电源设计的第一步，就是选择功率电路拓扑结构。所谓拓扑，就是功率器件和电磁元件在电路中的连接方式，磁性元件的设计、闭环电路的设计以及其他所有电路元件的设计都取决于拓扑。开关电源中，最基本的拓扑是降压式、升压式和升/降压式，还有单端反激、正激、推挽、半桥和全桥变换器等。所谓单端，是指反激变换器的磁芯只工作在磁滞回线的一侧，单向磁化。一般来说，1～100W的电源采用电路简单、成本低的反激型电路较好；当电源功率在100W以上且工作环境干扰较大、输入电压质量恶劣、输出短路频繁时，则应采用正激型电路；对于功率大于500W、工作条件较好的电源，则采用半桥或全桥电路较为合理。如果对成本要求比较严，可以采用半桥电路；如果功率很大，则应采用全桥电路。推挽电路通常用于输入电压很低、功率较大的场合。由于这是150W的电路，这个功率说大不大，说小也不小，因此这里在正激与反激中选择。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 概论 1
1.2 发展方向及趋势 1
1.3 本文的主要研究内容 2
第二章 开关电源的设计方案 3
2.1 开关电源的框图 3
2.2 开关电源基本拓扑的选择 3
2.1.1 单端反激式电路 4
2.2.2 单端正激式电路 4
2.3 漏极钳位电路的选择 5
2.4 TOP芯片的简介 8
第三章 TOP227Y反激开关电源的设计 12
3.1 概述 12
3.2 基本参数 12
3.3 各单元电路的设计 12
3.3.1 电磁干扰滤波电路的设计 12
3.3.2 输入整流滤波电路设计 13
3.3.3 钳位保护电路的设计 14
3.3.4 高频变压器设计 15
3.3.5 输出整流滤波电路的设计 18
3.3.6 反馈回路的设计 19
第四章 开关电源的调试 21
4.1 开关电源的测试与分析 21
4.2 总结 23
结语 25
参考文献 26
附录A（电路原理图） 27
附录B（元件清单） 28
致谢 29
绪论
概论
r /> 电源是一种发电的装置，生活中使用到的电，通常都是需要经过转换才可以适合使用者的需要，开关电源就是采用了电子器件，通过控制电路，使电路中的电子开关在不停地“打开”和“关闭”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现直流/交流，直流/直流的电压变换。
当今社会，电源已经与人类的生活息息相关，在各个领域，尤其是在电子方面，其性能的好坏将直接影响到电子设备的技术指标，以及其是否能可靠安全的工作。开关电源的效率高，稳定性好，节能设计，使其成为了主要的供电装置，高度集成的单片开关电源也由于成本低，外围电路简单等优点，已成为常用的电源存在。
根据开关电源不同的特点，可分为多种方式。有自激式、单端式、串联型等。
发展方向及趋势
开关电源的发展与开关电源各组件的发展相辅相成。高速开关器件的大功率以及低损耗的磁性材料的开发会对推动开关稳压电源的发展。
如何降低尺寸，重量，开关电源，减少损失，提高效率，也采取了一系列措施。就现在而言，开关电源还远远达不到人们的要求和应用价值，像体积，重量之类的在技术上都不能说是十分的完美。
开关电源的小型化，轻量化和高功率密度化对人们的生活尤为重要，比如在移动电话、数码相机，甚至在航天航空、深海探测等方面都有涉猎，若做的很大很重，就会影响电子设备的性能，并且不易于携带。因此，可以从提高转换器的工作频率方面下手，众所周知，开关管的开关频率越高，容量越大，需要的磁性元件就越小，体积也就越小。
但是频率越高，也就意味着功率器件的开关损耗也会变得很大，温度会变得很高，这就是为什么有时候看到的开关电源，都需要加很大的散热器的原因了。这时候，可通过运用软开关技术来改善这个问题。所谓软开关技术，就是指零电流输入或者零电压输出，功率是电压乘以电流，只要有一方为零，它的功率就能为零，损耗就为零，从而减小了开关损耗。此外，软开关技术还有降低开关噪声和减少电源外部电磁干扰功能。
电路元件性能的好坏也影响着开关电源的效率。电路元件性能越好，并根据搭载合适的外围电路，相信此开关电源的效率能大大的提高。
本论文的研究内容及意义
开关电源体积小、效率高，被誉为高效节能电源，现己成为稳压电源的主导产品。当今开关电源正向着集成化、智能化的方向发展。高度集成、功能强大的开关型稳压电源代表着开关电源发展的主流方向。本论文主要围绕当前流行的集成开关电源芯片进行小功率开关型稳压电源特性的研究。通过查阅资料，了解本电路中所有运用到的硬件知识等，并完成对本课题的设计。论文结构安排如下：
本文开篇阐述了开关电源的背景、意义及发展趋势；
其次是对本课题的设计方案的一个总体框架，并根据这个框架，选择合适的电路；
再次主要是对电路中需要计算的部分进行计算并进行分析；
最后是对本电路测试后，对得出的测试数据进行分析，找出电路中不足的部分，对电路进行一些适当的调整，最后得出的波形；
对各个部分都已经掌握之后，根据书上的典型电路，联系实际情况，对电路做出相应的修改。完成实物后，通过对电路板的测试，改变外围电路部分元件的参数，使得电路能有稳定的输出。
开关电源的设计方案
2.1 开关电源的框图
本电路是由三个部分组成，输入电路、转换电路以及输出整流电路，整体框架如图2.1所示。
图2.1 开关电源基本框图
输入电路中主要是保护电路的搭建，包括电磁干扰滤波电路和整流电路以及钳位电路，保护电路及钳位电路是用来保护各器件以及保护整个电路的正常运行，使之延长使用寿命。
电路工作原理具体如下：输入的交流电经过输入电路，整流滤波之后得到的直流电，又经过高频变压器转换成所需要的电压值，最后经过输出整流滤波电路滤掉直流电中的脉动成分，使之输出得到稳定。
这个开关电源的稳压主要还是靠反馈控制电路来实现的，即：输出电流经过采样，与前面的基准电压相比，然后由脉宽调制电路根据比较结果来进行脉宽调制，此时的功率得到控制，输出电压就变得稳定了。
2.2 开关电源基本拓扑的选择
开关电源设计的第一步，就是选择功率电路拓扑结构。所谓拓扑，就是功率器件和电磁元件在电路中的连接方式，磁性元件的设计、闭环电路的设计以及其他所有电路元件的设计都取决于拓扑。开关电源中，最基本的拓扑是降压式、升压式和升/降压式，还有单端反激、正激、推挽、半桥和全桥变换器等。所谓单端，是指反激变换器的磁芯只工作在磁滞回线的一侧，单向磁化。一般来说，1～100W的电源采用电路简单、成本低的反激型电路较好；当电源功率在100W以上且工作环境干扰较大、输入电压质量恶劣、输出短路频繁时，则应采用正激型电路；对于功率大于500W、工作条件较好的电源，则采用半桥或全桥电路较为合理。如果对成本要求比较严，可以采用半桥电路；如果功率很大，则应采用全桥电路。推挽电路通常用于输入电压很低、功率较大的场合。由于这是150W的电路，这个功率说大不大，说小也不小，因此这里在正激与反激中选择。
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