基于OB2354L芯片的三路输出机顶盒开关电源设计.doc

基于OB2354L芯片的三路输出机顶盒开关电源设计引言单片开关电源集成电路具有集成度高、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等特点，能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源1。与传统线性稳压电源相比，开关电源具有功耗小、体积小、稳压范围宽等优点，在电子设备中应用越来越广泛。本文设计了一种基于昂宝电子有限公司的OB2354L芯片的三路输出小功率开关电源，应用于数字电视机顶盒等产品。OB2354L是单片开关电源集成芯片，它集成了PWM控制器、功率开关MOSFET、高压启动电路以及各种保护电路，具有集成度高，外围器件少，宽输入电压，完善的EMI特性，待机功耗低等特点.三路输出机顶盒电源电路设计笔者设计了一种三路输出机顶盒开关电源，采用典型的反激式拓扑结构，输出分别为3.3V、6.8V、12V。其中3.3V输出要求比较高，因此从这一路输出采样反馈，形成闭环反馈，从而实现精确稳压。图1为所设计的三路输出机顶盒开关电源电路。图中，RT901是一NTC热敏电阻，用于减小开机时浪涌电流，RV901是压敏电阻，在打雷时保护后级电路，D901-D904为桥式整流电路，C919、L901、C906组成的型滤波电路既作为整流滤波，又作为共模干扰滤波。二极管D905、电容C905和电阻R905组成箝位保护电路，用于吸收功率MOSFET关断时加在漏极上的尖峰脉冲，使漏极电压限制在安全范围以内，保护开关芯片。次级输出中3.3V输出采用反馈控制，经由二极管D909、C908、L904和C918整流滤波后，采用TL431可调式精密稳压器配合线性光耦PC817组成隔离反馈电路。电阻R907用于为TL431提供偏置电流，保证在流过PC817发光二极管的电流几乎为0的情况下，TL431仍然有1mA的最小工作电流。电阻R908为反馈环路DC增益的控制电阻，一般可以根据经验值选择和实际电路调整。电路的输出电压由下式：确定，其中Iref为TL431反馈端的输入电流，其值很小，故可以忽略公式中的最后一项。由于6.8V和12V输出的主板负载比较稳定，主板上6.8V还会通过线性稳压器转换成5V，在满足使用前提下，为了成本考虑，这两路输出没有增加稳压措施。高频变压器设计对于高频变压器的设计，有多种方法，本文采用公式计算的方法设计变压器相关参数，再根据实际调试结果对参数进行优化改进得出最终结果。确定开关电源的基本参数输入电压90Vac264Vac;电网频率fL：50Hz;开关频率f：50KHz;最大占空比Dmax=0.45;输出：3.3V/1A;6.7V/0.5A;12V/0.1A;总输出功率PO：8W;电源效率 ：75%;确定输入电容CIN以及输入直流电压最小值UImin对于宽范围输入电压，输入电容选取为23F/W，这里输出功率PO为8W，故输入电容C919、C906分别取10F/400V;UImin=90×1.414-30=100Vdc;确定初级波形参数选择磁芯与骨架参数可选用EE25型磁芯。有效磁芯截面积Ae约为51mm2，骨架宽度15mm。确定初级匝数Np，次级匝数由公式可得次级反射到初级电压VRO为82V;由，Bsat为饱和磁通密度，这里取0.3T，得初级最少匝数为NP为62匝;其中Vs1为次级基准输出绕组匝数，取4匝，V01为输出电压3.3V，VF1是基准输出电路二极管正向压降，采用肖特基二极管SR240，压降为0.6V，计算得到Np为82匝，大于前面得到的最少匝数62匝，符合要求。其他第n路次级输出匝数由公式确定，可以得到6.8V输出绕组匝数为8匝，12V输出绕组匝数为13匝，芯片供电绕组匝数为14匝。实际确定的变压器参数为减少漏感，变压器采用三明治绕法;导线电流密度取46A/mm?；根据实际实验调试，最后选择的变压器初级电感量为2mH，线径、匝数以及绕制方式如图3所示，其中E1、E2为屏蔽层，可以改善电源EMI性能。电源性能测试电压调整率对不同的交流电压输入，电源满载的情况下，测试的输出电压值见表1。负载调整率在分别用90V和220V交流输入的情况下，对于不同的输出负载，测试的输出电压值见表2和表3。结语本文介绍了一种用OB2354L设计的三路输出机顶盒开关电源，并给出了详细的变压器参数，最后给出了测试结果。从测试结果可以看出，测试出来的电源无论电压调整率还是负载调整率，都能够满足实际使用要求，该方案电源板已经用在国内有线电视机顶盒上。