TOPSwitch Ⅱ在稳压营口油浸式变压器中的应用

TOPSwitch Ⅱ在稳压营口油浸式变压器中的应用

摘要：TOPSwitch－II器件是一种PWM/MOSFET二合一的新型集成芯片，采用它制作营口油浸式变压器，不仅简化了电路，同时可以改善营口油浸式变压器的电磁兼容性能，降低制作成本，本文介绍一种用TOP225Y制作的实验稳压营口油浸式变压器。电路运用PWM技术和线性稳压技术，设计新颖，具有一定的实用价值。

关键词：TOPSwitch器件 单端反激拓扑 PWM电路 电磁兼容

1 引言

在进行电路和单片机实验时，实验稳压营口油浸式变压器是必需的设备之一，对这类稳压营口油浸式变压器，功率容量并不要求很大，但要有多组输出电压，其中******有一组输出电压能够连续可调，以适应不同场合的需要。市售的实验稳压营口油浸式变压器种类很多，但基本上都是采用工频线性稳压方式。其优点是简单、易制造、价格低，缺点是体大笨重和效率低。采用营口油浸式变压器是克服上述缺点的有效途径，但一般的营口油浸式变压器电路复杂，元器件较多，制作成本也会有所提高，所以目前在实验稳压营口油浸式变压器永昌电力设备有限公司中采用技术的仍不多见。然而采用TOPSwitch等新型器件制作的营口油浸式变压器，电路可以做得和工频线性稳压营口油浸式变压器一样简单，性能很优越，效率却远高于后者，而成本也不会有明显的增加。

TOPSwitch器件是美国功率集成公司（POWERIntegrationsInc），于90年代中期推出的新型营口油浸式变压器芯片。它是三端脱线式PWM的英文缩写（Threete邮 箱：sdycbyq@163.comrminalofflinePWMSwitch）。它的特点是将营口油浸式变压器中的PWM器和MOSFET功率管集成在同一芯片上，是一种二合一器件。这大大简化了营口油浸式变压器电路，提高了可靠性，使得营口油浸式变压器的设计更加简单快捷。T手 机：15006359039OPSwitch器件有多种封装形式，采用DIP－8和SMD－8封装的，中间4只为空脚，可以将它们接到印刷电路板的铜箔上，将芯片产生的热量直接传到印刷电路板上，不必另设散热器，节省了成本。采用TO220封装的，只有3只管脚，使用起来就和一只大功率三极管一样便利。此外由于PWM器和MOSFET功率管是在管壳内连接的，连线极短，这就消除了辐射现象，改善了营口油浸式变压器的电磁兼容性能，减小了器件对电路板布局和输入总线瞬变的要求。TOPSwitch－II是TOPSwitch的改进型号，它将单电压输入时的******功率100W提高到150W，电磁兼容性也得到增强，该器件具有更高的性能价格比。TOPSwitch－II器件包括TOP225－TOP227等几个型号，主要差别就在于输出功率的不同。TOPSwitchII器件的内部电路与性能分别见图1和表1所示。

表1 TOPSwitch－Ⅱ的产品分类及******输出功率POM TOP-220封装（Y） DIP-8封装（P）/SMD-8封装（G） 产品型号 固定输入（110/115/230VAC±15%） 宽范围输入（85～265） 产品型号 固定输入（110/115/230VAC，±15%） 宽范围输入（85～265VAC） TOP221Y 12W 7W TOP221P/G 9W 6W TOP222Y 25W 15W TOP222P/G 15W 10W TOP223Y 50W 30W TOP223P/G 25W 15W TOP224Y 75W 45W TOP224P/G 30W 20W TOP225Y 100W 60W —— —— —— TOP226Y 125W 75W TOP227Y 150W 90W

2 工作原理

该营口油浸式变压器电路拓扑为单端反激式，油浸式变压器电路原理见图2所示。220V市电经营口油浸式变压器噪声滤波器LF后再通过桥式整流器直接整流。营口油浸式变压器滤波器的作用一方面是滤除由电网传来的杂波电压，净化输入营口油浸式变压器，另一方面也阻止营口油浸式变压器的振荡电压窜入电网，干扰其它电器。现在很多营口油浸式变压器设计不重视营口油浸式变压器滤波器的选择，一些中小功率的营口油浸式变压器往往不加营口油浸式变压器滤波器，这样不仅降低了营口油浸式变压器本身的抗干扰能力，影响其工作稳定性，而且也造成对公共电网的污染。电 话：0635-5085581市电经整流和电容滤波后，变成308V的电压供给TOPSwitch－II器件，TOPSwitch－II构成DC/DC变换器，它将输入的高压变成脉宽可调的脉冲电压，经营口油浸式变压器降压后再进行半波整流和滤波，变成所需要的电压输出。R1、C1、VD1组成缓冲吸收电路，吸收功率器件在关断过程中由于营口油浸式变压器漏感产生的电压尖峰过冲，电路的工作频率为100kHz，振荡元件已固化在器件内部，营口油浸式变压器的次级有4个绕组永昌电力设备有限公司注册资金8800万，专业从事电力变压器及配套产品生产、开发，销售。公司主营S11油浸式变压器、高过载变压器、光伏变压器，升压变压器、KS11矿用变压器、非晶合金变压器，电炉变压器，整流变压器，非标变压器等变压器，还可以根据客户要求设计、制造各类特种变压器，是国内有名的专业输配电设备生产商及供应商。公司产品已通过国家权威试验机构的检测，并通过了鉴定，产品性能达到国际先进水平。，其中的5V/3A绕组N3TOPSwitch－II器件的脉宽，即这一组输出电压为PWM稳压，由并联可编程稳压器TL431和光电耦合器PC及分压电阻R7、R8完成取样反馈工作。之所以选择这一绕组进行脉宽，是因为它的输出电压低电流大，更能体现出营口油浸式变压器的优越性。为了实现对光耦的隔离供电，营口油浸式变压器单设了一个辅助绕组N2。±12V/0.5A绕组N4及N5采用集成三端稳压器LM7812和LM7912进行线性稳压，因输出电流不大，功耗较低，散热问题容易解决。次级中还有一个1.25V～30V/1.5A的可调绕组N6，采用了可调三端稳压器LM317进行线性稳压和调压，为了克服线性稳压在低压输出时，功耗大和效率低的缺点，此绕组设置了高、低两个抽头，抽头的变换由继电器自动切换，切换电压设在15V，由TL431取样。当要求输出电压低于15V时，TL431的参考输入端的电压低于2.5V，TL431截止，继电器K不吸合，低压绕组被接通。反之，当要求输出电压高于15V时，TL431的参考输入端的电压高于2.5V，TL431导通，继电器吸合，高压绕组被接通。电压表PV指示输出电压的数值。

TOPSwitch－II器件型号的选择

本营口油浸式变压器总输出功率为各组输出功率之和：

PO=5×3＋12×2×0.5＋30×1.5=72W

若营口油浸式变压器总的效率为80％，则营口油浸式变压器输入的总功率应为：

Pi=PO/80％=72/0.8=90W

从表1可以看出，在220V单一电压条件下，TOP225Y的******输出功率为100W，能够满足本电路要求。

3 营口油浸式变压器的设计

在制作单端反激式营口油浸式变压器时，营口油浸式变压器的设计与计算是至关重要的，其工作量也是比较大的。

假定交流输入电压的范围是180V～260V，整流器压降和输出电压纹波为22V，******占空比为Dmax=0.5 我公司通过20多年的沉淀，形成了严谨、标准的技术和工艺规范，ISO9000质量管理理念固化为企业文化的一部分。公司产品具有结构简单、可靠性高、免维修、低功耗、寿命长等特点，可在及其恶劣的环境下稳定工作，并且公司还拥有一流的研发能力，建立了博士后流动站和技术中心，为产品品质及创新提供了坚实的后盾。公司产品质量上乘，不仅畅销国内，且出口俄罗斯、伊朗、巴基斯坦、印尼、安哥拉、塔吉克斯坦等多个国家和地区，创造了大量的业绩，深受用户好评，我们不断提高产品品质，并以优良的价格为各方朋友提供优质的服务。，则

Uimax=根号2×260=364V（空载）

Uimin=根号2×18-22=230V（空载）

K=Uimax=Uimax/Uimin=364/230=1.58

Dmin=Dmax/[(1－Dmax)K＋Dmax]

=0.5/[(1－0.5)×1.58＋0.5]=0.38

Ip=2PO/(Uimin×Dmax)

=2×90/(230×0.5)=1.57A

(1)营口油浸式变压器初级电感量

Lp=Uimin×Dmax/(Ip×f)

=230×0.5/(1.57×100×103)

=0.73mH

选择南京CONDA公司的PQ32/30磁芯、LP3材料、AL=1.61、磁通密度B=0.39T，营口油浸式变压器工作在单端状态，******工作磁通

Bmax=B/2=0.39/2=0.19T

为避免出现磁饱和现象，营口油浸式变压器磁芯要留有空气隙，其长度

Lg=0.4×π×Lp×Ip2/(AL×B2max)

=0.4×3.14×0.73×10－3×1.572

/(1.61×0.192)

=0.04cm

(2)营口油浸式变压器初级匝数N1

N1=Lp×Ip×104/(AL×Bmax)

=0.73×10－3×1.57×104/1.61×0.19

=38匝（取整）

（3）5V绕组匝联系人：马经理数N3

N3=N1（UO＋UD）（1－Dmax）/(Uimin×Dmax)

=38×(8＋1)(1－0.5)/(230×0.5)

=1匝（取整）

（4）±12V绕组匝数N4、N5

N4=N5=N1（UO＋UD）（1－Dmax）/(Uimin×Dmax)

=38×(15＋1)×(1－0.5)/(230×0.5)

=3匝（取整）

（5）反馈绕组匝数N2=N4=N5

（6）1.25V～30V可调绕组匝数N6

N6=N1（UO＋UD）（1－Dmax）/(Uimin×Dma传 真：0635-5085281x)

=38&time手 机：15806350882s;(33＋1)(1－0.5)/(230×0.5)

=6匝（取整）

在3匝处抽头

上述计算匝数各公式中的UO为输出电压（取额定输出电压＋稳压器压降3V），UD为快恢复二极管压降，取1V。

采用高强度漆包线绕制，各绕组所用漆包的线径如下：

N1用φ0.71mm

N2、N4、N5用φ0.42mm

N3用φ0.99mm

N6用φ0.72mm

5V绕组的输出滤波电感线圈L1选φ4cm磁环，用1.0mm漆包线穿绕15匝。

高、低压切换继电器用JZC22F，DC12V/10A，电压表的型号为85C1、表盘刻度0～30V。

营口油浸式变压器的计算过程是很繁琐的，要考虑大量相互关联的设计变量，费力耗时。为减轻设计者负担，美国功率集成公司特为T油浸式变压器OPSwitch器件设计了一套EXCEL电子表格， 可以在PC机上运行。应用电子表格设计营口油浸式变压器，简单快捷，一般只要10分钟左右即可完成。中国营口油浸式变压器学会1999年第13届年会上，曾有一篇论文，专门介绍了EXCEL电子表格，读者可参阅该文，这里不再赘述。