基于TOPSwitch-HX的高效率噴墨打印機電源設計

圖1所示的隔離反激式轉換器以TOPSwitch-HX IC系列為設計核心，采用了TOP258MN (U4)器件。電源在通用輸入電壓范圍內均可工作，輸出電壓設計為32 V，可實(shí)現20W的連續輸出功率以及80 W的峰值輸出功率。M封裝(10腳DIP封裝)同時(shí)提供流限編程、線(xiàn)電壓檢測和過(guò)壓保護功能。典型應用包括噴墨打印機，噴墨打印機通常需要非常短時(shí)間的峰值負載。

TOP258MN通過(guò)調整內部MOSFET的占空比來(lái)調節輸出電壓。占空比與饋入到控制(C)引腳的電流成正比。反饋信號來(lái)自次級側，通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單、低廉的齊納二極管(VR3)和光耦(U2)即可實(shí)現。TOPSwitch-HX的EcoSmart?多模式控制功能在整個(gè)負載范圍可提供近乎恒定的效率。

R11、R14和R12隨線(xiàn)電壓增加線(xiàn)性降低U4的內部流限，以提供恒定的輸出功率及線(xiàn)電壓。這樣，可將高輸入電壓下的電源輸出功率限制到100 VA，同時(shí)保持低輸入電壓下的額定輸出功率。電源的初級側偏置繞組提供時(shí)間觸發(fā)的過(guò)壓保護檢測功能。過(guò)載情況下，C13上的電壓將會(huì )上升。電壓一旦超過(guò)20 V (VR5)，便立即觸發(fā)電壓監控(V)引腳。C9、R20和R22的值決定了在觸發(fā)過(guò)壓鎖存之前的延遲時(shí)間。當鎖存關(guān)斷時(shí)，V引腳需要在開(kāi)關(guān)重新啟動(dòng)前立即放電到某個(gè)固定閾值以下。這一點(diǎn)可以通過(guò)快速AC復位電路來(lái)實(shí)現。一旦丟失AC電壓，Q3關(guān)斷，Q1導通并拉下V引腳以復位過(guò)壓保護鎖存。

設計要點(diǎn)

對于打印機，±7%的電壓穩壓要求可使用簡(jiǎn)單、低廉的齊納二極管VR3來(lái)設置輸出電壓。對于更嚴格的電壓容差，可以采用類(lèi)似TL431的并聯(lián)穩壓器。

初級箝位電路(D2、VR7、R17、C5和R25)提供極高的輕載效率。齊納二極管VR7和R17使電容C5在每個(gè)周期都放電，并將其數值限制在某個(gè)平均箝位電壓上。在低開(kāi)關(guān)頻率下工作時(shí)，電容無(wú)法放電到VR7額定電壓之下，從而提高了輕載效率。

選擇D2作為慢速二極管(恢復時(shí)間≤2μs)，可讓一些漏感能量被重新循環(huán)到負載中。如果沒(méi)有玻璃鈍化類(lèi)型的1 N4007二極管，可以使用塑料FR106代替。

在正常工作范圍內，Q3導通從而關(guān)斷Q1。因而，電阻R1和R2能夠將電流引入U4的V引腳并進(jìn)行欠壓檢測。當引入V引腳的電流超過(guò)25μA時(shí)，開(kāi)關(guān)便立即啟動(dòng)。

在較低的輸入電壓下， 晶體管Q 2 關(guān)斷， 從而使X 引腳懸浮。這同時(shí)會(huì )抑制U4的開(kāi)關(guān)，并將關(guān)斷電源。電容C1、C3、C8和C10以及共模扼流圈L1和L3提供共模濾波。相位提升網(wǎng)絡(luò )R10和C28提供高頻率增益和增加的相位裕量。