基于PC40EE25的开关隔离电源设计(2)

　　2 控制电路的设计

　　本设计采用SG*1高集成环保模式PWM控制器， 该控制器采用电流模式(逐周期电流限制)的工作方式， 可以实现软驱动图腾柱输出的可调控的PWM波形， 其输出电压可达18 V， 足以同时驱动两路MOSFET。本设计还在PWM输出端设计了一个信号耦合变压器， 这样可用同一个PWM信号来控制两个MOSFET， 使Q1和Q2同时开通和关断， 还可以实现驱动MOSFET信号的隔离。另外，该控制器也可以提供欠压锁定和过温保护功能，当VDD小于10 V时， 控制器内部将锁定， 不再向外发送PWM波。

　　本设计采用负载绕组给控制芯片SG*1供电， 从主电路可知， 辅助绕组和次级绕组处在相同的工作方式下， 这在设计变压器的时候只要根据次级输出就可以确定辅助绕组的设计。应当注意的是， 在双管反激电路中， 两个开关管中间有一个悬浮地， 因而不能直接驱动， 所以， 这里采用变压器隔离驱动方法来使VT1和VT2公用同一驱动信号。

　　图3所示是本设计的控制芯片电路及驱动电路， 图中， R3接在直流电压DC端主要用来启动，当流入3脚的电流足够启动芯片的时候， 芯片8脚Gate输出PWM波， 从而使主电路导通， 电源开始工作。R4主要确定芯片输出PWM波的频率， R5和C5组成电流采样的匹配网路。由于芯片采用逐周峰值电流工作方式， 故在初级线圈电流达到峰值时， 芯片将关断PWM波， 变压器向次级传送能量。

图3 控制芯片电路及驱动电路

　　图4所示是其系统中的输入欠压和输出过压保护电路。由于本开关电源设计采用了输入过压和输入欠压保护， 故当输入高于750 V或低于120V时， 比较器的2脚电压值会高于2.5 V或比较器的5脚会低于2.5 V， 本设计采用精密可调线性稳压器TL431来产生2.5 V的基准源， 并分别给比较器的3脚和6脚供电， 这样， 在比较器的1脚或7脚就会产生低电平， Q5由于基级电压过低而截止，线性光耦U5的发光二极管不能发光。这时， 由于Q4S接到输出储能电容上， Q4G和Q4S不能组成通路， 所以， 加在Q4管的GS间的电压Ugs为零， 开关管Q4关断， 电源不能向后面负载供电， 从而实现欠压和过压保护功能。

图4 输入欠压和输出过压保护电路

　　3 电路变压器的设计

　　采用两个开关管串联不会影响主电路中变压器的设计， 故可根据《开关电源设计指南》中相关介绍来计算变压器参数， 本设计选用TDK公司的PC40EE25高频磁性材料作为铁芯， 变压器的参数计算如下：

　　初级线圈的峰值电流：

　　变压器的有效功率：

　　式中， Ac为有效磁芯面积， 单位为cm2， Bmax为最大磁通密度， 单位为G (高斯Wb/cm2)。