【经验】采用离线反激式开关IC TOPSwitch-HX IC实现30W机顶盒电源设计

时间： 2018-11-15 来源：Power Integrations

技术问答

Power Integrations推出了编号为DI-162的电源参考设计，用于机顶盒中，输出功率为30W，输入电压范围为85-265VAC，输出电压为12V，采用了反激式拓扑。图1所示的是30W机顶盒电源设计的原理图，所采用的隔离反激式转换器拓扑围绕PI公司TOPSwitch-HX IC系列的一个成员TOP257PN（U2）来设计，选择P封装（8引脚DIP）中的器件，通过消除外部散热器来降低成本。它旨在成为机顶盒电源的外部适配器（其中多个DC/DC直接在内部执行进一步的多输出转换），这通常需要低待机和空载功耗。

交流输入经过整流（D4-D7）、滤波（C6和C11），并连接在初级侧功率元件（T1和U2）上。 EMI滤波由C5、C12和共模扼流圈L2提供。在施加输入AC时电路所汲取的浪涌电流通过热敏电阻RT1来限制。

为了在所有负载条件下优化效率，U2采用多模式操作。从空载到满载，所采用的操作模式分别是：多周期调制，固定频率PWM（30 kHz），可变频率PWM和固定频率PWM（66 kHz）。在所有模式下，控制器都保持占空比和控制引脚电流之间的线性关系，以便模式之间的转换是无缝的。二极管D3和C2、R1以及VR1构成初级钳位电路，并确保U2漏极节点上的最大电压低于700 V。

由T1次级侧产生的电压通过D1整流并由C3滤波以提供12V的输出电压。LC后置滤波器（C4，L1）连接到该输出，以降低开关频率输出纹波。

使用TL431参考电压（U4）控制输出电压，电阻R4为U4提供偏置电流。到U4的低频反馈来自分压器网络R5和R8，该网络的中心点与U4的2.5V_REF引脚相连。电容器C8和电阻器R6使U4的高频增益下降，通过电阻R9设置环路增益。

图1 使用TOP257PN的30W机顶盒电源设计原理图

关键设计要点：

·通过设计RCD夹具（C2，R1和D3）来实现正常操作，从而最大限度地提高轻载时的效率；

·齐纳二极管VR1提供定义的最大钳位电压，通常仅在负载瞬变期间或过载情况下导通；

·可以使用诸如FR106的快速恢复二极管代替D3，以增加漏感能量恢复并最大化效率；

·该电源被设计为连续模式，KP为0.5；

·M引脚短接到SOURCE引脚，将电流限制编程为等于内部器件电流限制。

使用单片离线式开关TOP257PN的30W机顶盒电源设计亮点：

·低成本，低元件数，紧凑轻便的电源设计

·高效节能

·低空载和待机功耗

·265VAC时空载功耗<250 mW

·在50°C环境温度下提供30W功率，无需外部散热器

·集成安全/可靠性功能：

·精确的自动恢复，迟滞热关断功能可在所有条件下保持安全的PCB温度

·自动重启可防止输出短路和开路反馈回路

·出色的线路和负载调节（见图2）

·符合EN55022和CISPR-22 B类传导EMI，裕度大于10dBμV（见图3）

图2 最差情况下的线路和负载调节曲线

图3 最差情况下传导EMI（230 VAC）

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