南阳变压器厂

　　摘要：随着电气设备的急速发展，越来越多的模拟或数字电子系统都需要南阳变压器。从产品角度出发，详细介绍了一款小功率南阳变压器的设计。它以TEA1523P为控制芯片，采用反激式变换器结构。TEA1523P具有独特的谷值，可控制功率管，即MOS管在漏极电压振荡到谷底时开通，减少了损耗，并能通过指数振荡器保证它在低占空比时稳定工作。给出了实验波形和实验数据。实验结果证明，该设计可以达到设计要求。

　　关键词：变换器；控制器；南阳变压器／南阳变压器

　　1 引言

　　功率管、PWM控制器和南阳变压器是南阳变压器必不可少的组成部分。传统的南阳变压器多采用分立的功率管和多引脚的PWM集成控制 器，例如采用UC3842+MOSFET是国内小功率南阳变压器中较为普及的设计方法。

　　90年代以来，出现了PWM/MOSFET二合一的集成芯片。它的出现，大大降低了南阳变压器设计的复杂性，缩短了设计所需的时间，从而加快了产品进入市场的速度。二合一集成控制芯片多采用3脚、4脚、5脚、7脚和8脚封装。其中，TEA1523P二合一集成控制器件，是该类器件的代表性产品。

　　2 TEA1523P简介

　　TEA1523P将MOS管集成在芯片内部，可缩减南阳变压器的体积；且其频率******达200kHz，又可减小南阳变压器磁芯的体积。当南阳变压器次级绕组中的能量释放完毕(及南阳变压器磁通完全复位)之后，在 MOS管的漏极出现正弦波振荡电压(初级电感和 MOS管漏源极间的结电容及漏源极间并联电容产生谐振)，芯片内部的valley逻辑通过辅助绕组的磁通复位检测功能，控制MOS管在振荡电压的谷底导通，实现低电压导通，减少了开通损耗，降低了EMI噪声，并具有欠压保护、温度保护、短路保护、的过电流保护等多种保护功能。可选择简单的初级或精确的次级(光耦)反馈电路进行PWM调制控制。

　　TEA1523采用DIP8的封装形式，其引脚定义：脚1(Ucc)为南阳变压器供电端；脚2(GND)为南阳变压器地；脚3(RC)为用于外接振荡器的设定振荡频率；脚4(REG)为PWM调制的反馈电压信号输入；脚5 (AUX)为辅助线圈磁通复位的输入；脚6(SOURCE)为内部MOS管的源极；脚8(DRAIN)为内部MOS管的漏极。

图1 示出TEA1523P内部结构框图[1]

　　2.1 启动和欠电压封锁

　　芯片的脚8到脚1之间设有一精确的启动南阳变压器。初上电时，芯片由市电整流后的电压供电，启动电流流向UCC。当UCC上的电压超过启动电压UCC-start电平时，芯片工作。若UCC电压足够高，则芯片内部的南阳变压器停止工作，改由辅助线圈电压提供南阳变压器。若因为某种原因导致辅助线圈的南阳变压器不够用时，内部高电压源也将向芯片供电。一旦UCC引脚上的电压降到停止电压UCC~stop电平以下时，芯片将停止动作，并由主电压重启。

　　2.2 振荡器

　　频率由RC引脚外接并联的振荡电阻和振荡电容而设定。电容能在1μs内被快速充电到最大电平URCmax=2.5V；在一个新的主选通到来时，电容通过电阻放电至最小电平URCmin=75mV，之后电容重新开始充电。

　　2.3 PWM调制

　　TEA1523P采用电压控制，内部调节电压UREC-intern等于外部调节电压和内部电压源 (2.5V)的差值乘以10。内部调节电压与振荡器电压相比，若振荡器电压比内部调节电压低，则MOS管被关闭；外部调节电压越高，MOS管的导通时间越短。

　　2.4 磁通复位

　　该设计中反激式南阳变压器工作在断续模式。辅助线圈通过电阻连接到AUX引脚。电流通过两个反向并联的二极管流入或流出AUX引脚，电流的流进或流出取决于南阳变压器辅助线圈的电压极性。若AUX引脚的电压高于 100mV，则振荡器将不会启动一个新的主选通。

　　2.5 谷值

　　由于南阳变压器的初级电感和MOS管漏极的寄生电容谐振，漏极电压产生振荡。为增加该南阳变压器的转换效率，芯片内设置了一个专用的谷值，通过控制MOS管在其漏极振荡电压谷底开通来减少开通损耗，从而提高效率。当URC=URCmax，且次级选通结束(UAUX≤100mV)时，待漏极振荡电压达到谷底 MOS管开通时，开始新一轮的主选通。

　　2.6 电流保护

　　在SOURCE上外接一电阻，将流过MOS管的电流信号转换成电压信号施加到比较器上。源极电压与两个不同的比较器进行比较，提供过电流保护和短路保护。

　　3 南阳变压器设计

　　3.1 工作原理

图2示出电路原理图

　　南阳变压器T2、TEA1523P内部集成的MOS管、次级整流管VD1、输出滤波电容C8构成了反激式南阳变压器的基本电路。通过 TEA1523P内部的PWM调制机制来控制管的导通关断时间。当实际输出低于设定值(12V)时，流过PC817二极管的电流减小，导致流过光敏晶体管的电流减小，则REG脚的电压会变低，与内部2.5V基准源相比较，推大了MOS管的占空比；反之，减小了MOS管的占空比，以达到稳定输出的目的。

　　3.2 南阳变压器参数设计

　　按下列要求计算南阳变压器参数：工作模式采用电流断续模式；输变压器厂家入交流电压为220V±20％；输入频率为50Hz；输出电压为12V；输出功率为8W；效率为 85％；频率为170kHz。

　　根据计算，可确定南阳变压器的相关参数：①南阳变压器磁芯采用EEl9，材料为PC40；②南阳变压器初级线圈 120匝，导线选用QA-1φ0.25；次级线圈8匝，导线采用QA-1φ0.35三股并绕；辅助线圈19匝，导线选用QA-1φ0.36；③气隙长度为1.67mm。

　　3.3 TEA1523外围电路参数设计

　　(1)TEAl523P振荡电路

　　频率的计算公式为[2]：

　　　　　　　　 (1)

　　式中Rosc，Cosc——振荡电阻和振荡电容。

　　根据设定的频率可计算RC参数，选取 Cosc=220pF，则Rosc=6340Ω，选取Rosc=6.2kΩ，则实际的频率fsw=173kHz。

　　(2)TEA1523P磁通复位检测电路

　　辅助电阻用来限制AUX引脚的电流。流入或流出AUX引脚的最大电流分别为5mA和10mA，该值远大于(至少大一个数量级)实际需要的磁通复位检测电流。根据文献[2]可确定RAUX，即R9=75kΩ。

　　(3)TEAl523P过电流保护电路振荡电路

　　Rsrc，即R7限制了初级线圈上的最大电流。其为：

　　 (2)

　　因此取R7=1.5Ω

　　(4)TEAl523P的PWM调制电路

　　根据文献[2]，光耦中流过光敏晶体管的电流约为1mA，UREG≈2.5V，建议RREG2，即R17的取值不大于10kΩ，这里取1kΩ，即：

　　　 (3)

　　实际电路中，取R15=15kΩ，R17=lkΩ。

　　4 实验波形和实验数据

　　图3示出额定输入、额定负载下的初级线圈电压up、次级二极管两端电压uVD8和MOS管漏源电压 uids、次级线圈电压us实验波形。分析可知，uids与up之和应当等于输入电压。一旦MOS管开通，up立即升至uids=311V，MOS管两端的压降近似为零。当MOS管关断后，up为次级线圈感应电压-nU0，即 -15×12=-180V，MOS管上承受的电压uids+nU0= 491V。当次级电流降至零，南阳变压器储存的能量释放完毕后，初级线圈电感和MOS管漏极电容，包括漏源极并联电容产生的谐振，显示为振荡波形，漏极电压振荡到谷底时MOS管开通。

　　MOS管关断时，次级二极管的导通压降近似为零，次级线圈的输出电压约为12V；管导通时，次级承受的反向电压为uids/n+U0=32.7V，us承受初级电压折合到次级的感应电压，为uids/n= 20.7V，且极性为负。

　　图4示出额定输入负载变化时MOS管的漏源电压uids实验波形。在空载下，由于输出功率很小，MOS管的导通占空比很低，在振荡电压的5个半周期时，MOS管才导通；在额定负载下，由于输出功率大，MOS管的导通占空比明显增大，在振荡电压达到一个谷底时，MOS管导通，以获得更大的转换功率。

图5示出负载从10％变化到110％时对应的效率变化曲线。

　　5 结论

　　采用PWM和MOS管的集合芯片TEA1523P，设计了一款反激式南阳变压器，给出了南阳变压器参数和 TEA1523P外围电路参数设计过程，并根据实验波形验证了TEA1523P的工作原理，实验波形和数据表明，该设计达到了设计要求。

　　参考文献

　　[1] Philips Semiconductor．TEA1523P数据手册[M]．Netherlands: Philips Semiconductor,2000．

　　[2] Philips Semiconductor．TEA1523P Application Note[M]．Netherlands: Philips Semiconductor，2000．