基于OB2273的单端反激式开关电源设计

韩召成，文定都，胡正国，任于涵

（湖南工业大学 电气与信息工程学院，湖南 株洲 412007）

基于OB2273的单端反激式开关电源设计

韩召成，文定都，胡正国，任于涵

（湖南工业大学 电气与信息工程学院，湖南 株洲 412007）

设计了一种基于OB2273的单端反激式开关电源。先介绍了开关电源的设计原理，再分析部分模块的功能及工作原理。为了满足电源的电磁兼容性和输出电压的稳定性等要求，利用EMI滤波器滤除干扰，采用稳压源TL431和光耦实现了反馈。实验测试结果表明，该开关电源具有输出直流电压稳定、转换效率高、纹波小、体积小等优点，满足设计要求。

OB2273；反激式；开关电源

0 引言

随着电力电子技术的快速发展，开关电源朝着集成化、小型化、高频化的方向发展，并在日常生活中得到了广泛运用。开关电源和线性电源相比，具有以下特点：效率高，体积小，可靠性高，稳压范围广，性能好，驱动能力强[1-3]。开关电源的控制方式有电压控制方式和电流控制方式2种。电流型PWM（pulse width modulation）开关电源和电压型PWM开关电源相比，具有输出稳定性好、电压和负载调整率高等特点[4-8]。文献[4]提出了电流型PWM整流器直流侧滤波器，通过选取适当的滤波器参数，减少了电抗压降带来的损耗，提高了系统效率。文献[5]提出了电流型整流器双闭环多变量反馈控制策略，该策略优化了系统性能，提高了系统的抗干扰性与稳定性。文献[6]提出了基于空间矢量的三相CSR（current source recti fi er）低电压应力控制方法，使三相CSR电流具有电流利用率高、开关损耗小、动态响应快等优点。

本文提出了基于OB2273的单端反激式开关电源，设计了稳压源TL431和线性光耦组成的反馈电路，以提高开关电源输出电压的稳定性、电压调整率和负载调整率。

1 电路系统

为了达到输出电压的稳定无波动，且转换效率高、损失小的效果，开关电源采用反激式拓扑结构。电路系统框图如图1所示。

图1 系统结构框架图Fig. 1 System structure diagram

电路系统的工作原理如下：220 V的交流电经过EMI（electro magnetic interference）滤波器滤除干扰，再经过整流滤波得到约310 V的直流电压，直流电在PWM集成芯片OB2273的控制下变为交流脉冲信号，经高频变压器进行变压，再经反激式变压器次级的二极管和电解电容进行整流、滤除谐波后，输出电压约为12 V；当输出电压出现波动时，反馈控制电路通过控制驱动占空比来调节输出电压的大小，从而达到12 V直流电稳定输出。

2 电路原理

根据上述设计方案，反激式开关电源电路主要由输入电路、交换电路、反馈控制电路以及输出电路构成。电路原理如图2所示。

图2 反激式开关电源电路原理图Fig. 2 Schematic diagram of fl yback switching power supply circuit

2.1 OB2273芯片

在本设计中，电源芯片为昂宝电子公司生产的OB2273芯片。该芯片具有性能高、待机功耗小的特点，主要用于反激式变换器，如电池充电器、电源适配器等。

OB2273的主要功能如下：1）自身能够解决频率抖动；2）具有内置软启动功能；3）具有欠压保护、过压保护、过载保护、输出短路保护、过温保护等功能。

OB2273的封装形式为SOT23-6，其引脚如图3所示。引脚及功能说明如下。

1脚GND：芯片接地引脚。

2脚FB：系统反馈回授引脚。PWM的占空比由FB和CS的电压共同决定，与此同时，FB的电压还决定系统的工作模式（固定频率模式或间歇模式或降频模式）。

3脚RT：过温保护脚。RT脚连接一个负温度系数电阻，当RT引脚电压接近1.0 V时，系统就会自动保护。

4脚：电流检测脚。

5脚：芯片电源引脚。

6脚：驱动外部MOSFET栅极引脚。

图3 OB2273的封装引脚形式Fig. 3 OB2273 package pin-out

2.2 启动电路

启动电路原理如图2所示。本设计采用整流桥后启动方式。220 V交流电先经过EMI滤波器滤除干扰，再经整流滤波后得到约310 V的直流电压，此电压经过电阻R3A、R3B、R3C降压后再给电源芯片OB2273提供启动电压，OB2273启动后R3A、R3B、R3C的工作随即结束，接下来由变压器的辅助绕组为OB2273供电。整流桥后启动方式的优点是电阻R3A、R3B、R3C关掉输入后可给CX2放电，有效地避免因“堆板”造成的产线不良率。

2.3 反激式开关电路

反激式开关电路的工作原理如下：当Q1导通时，电感上的能量随着一次侧的绕组电流增大而增大，能量储存在变压器的一次侧，二次侧绕组此时的感应电压为上负下正，因此二次侧的整流二极管反向偏置截止，能量不能传到二次侧；当Q1关断时，原边绕组两端电压极性相反，二次侧的整流二极管正向偏置导通，变压器储存的能量向输出端释放。变压器在此开关中起到隔离和储存能量的作用。

反激式开关电路有电流连续和不连续的2种工作方式。

1）当电流处于连续模式时，

式中：Uin、Uout分别为输入、输出电压；

N2、Np分别为副边和原边绕组匝数；

ton、toff分别为Q1导通和关断时间；

n为Np与N2的比值。

由式（1）可以看出，在电流连续的状态下输出电压Uout和开关管的导通时间ton与截止时间toff比值、变压器的原边Np与副边N2绕组匝数比值、输入电压Uin有关。

2）当电流处于不连续工作模式时，

式中：T为开关周期；

RL为副边负载；

Lp为原边电感值。

由式（2）可得，输出电压Uout和RL的平方根成正比。输出电压在负载开路的情况下会出现漂移，因此本文引入反馈补偿环节以避免上述问题的出现。

2.4 RCD钳位电路

开关管关断时，由于反激式变压器存在漏感，漏感储能会产生较大的尖峰电压[9-12]。此电压加在开关管的漏源极两端，可能会导致开关管被击穿，因此在设计中添加了RCD钳位电路以吸收漏感能量，达到抑制尖峰电压的作用。RCD钳位电路的工作原理如下：当Q1关断时，漏感释放能量，二极管D1导通，电容C2电压快速增大，二极管D1截止，电容C2通过电阻R4、R5进行放电。

2.5 反馈电路

反馈电路主要由精密稳压源TL431和线性光耦组成[13]，利用TL431提供的参考电压与采样电压相比较，再通过线性光耦对输出电压进行灵活精准地调整。反馈电路的控制原理如下：电阻R7、R11对输出电压进行分压取样，采样电压与TL431提供的2.5 V参考电压进行比较，当输出电压为12 V时，则采样电压与TL431提供的参考电压相等，TL431的K极电位不发生变化，线性光耦电流也不发生变化，则OB2273的2脚电压电位不变，输出的驱动占空比不变，从而输出电压稳定输出；若输出电压大于12 V，则经过R7和R11获得的采样电压大于2.5 V，该误差经过线性光耦反馈到OB2273的2脚，6脚输出的驱动脉冲占空比减小，开关管导通时间缩短，输出电压降低，以达到稳压的目的。

3 实验结果与分析

3.1 开关电源样机

根据原理图2，本文制作一块样机。图4为样机的正反面图。

图4 样机PCB板实物图Fig. 4 Physical map of the PCB board of the prototype

3.2 样机测试结果

为了检测样机性能即在负载发生变化和输入电压大范围内波动的情况下电压是否能够稳定输出、输出的波形是否平稳，本文对样机进行了输出特性测试和输入特性测试[14-16]。

1）输出特性测试。电压固定在220 V，输出电流从0.75 A逐步增加到1.75 A。输出特性测试结果见表1。由表1可知，额定输出电流为1.25 A时，输入功率为Pin=UinIin=17.85 W，输出功率为Pout=UoutIout=14.940 W，=Pout/Pin=83.69%。普通开关电源的功率为12～24 W，效率为80%，本样机效率为83.69%，达到了预期的效果。

表1 输出特性测试结果Table 1 Test results of the output performance

2）输入特性测试。用负载机固定输出电流即电流为1.25 A，输入电压从100 V逐步增加到240 V，所测得的电压如表2所示。由表2可知，输出电压稳定在近12 V。

表2 输入特性测试结果Table 2 Test results of input characteristics V

3）样机的输入电压为220 V交流电，输出为12 V直流电。通电后，用Tek示波器测输出电压波形，如图5所示。图中，每格电压为5 V。由图可知，系统输出电压稳定在12 V，波动很小，达到了预期要求。

图5 输出电压波形Fig. 5 Output voltage waveform

4 结论

本文设计了基于OB2273的单端反激式开关电源，先详细介绍了该开关电源的构成和原理，并制作了样机，测试了在负载发生变化和输入电压大范围内波动情况下的样机性能。本开关电源通过引入反馈环节解决了电压随负载漂移的问题，实现了电压的稳定输出。测试结果表明，基于OB2273的开关电源具有成本低、外围器件少、体积小、效率高等优点，有较强的推广价值。

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（责任编辑：邓 彬）

A Design of Single-Ended Flyback Switching Power Supply Based on OB2273

HAN Zhaocheng，WEN Dingdou，HU Zhengguo，REN Yuhan
（School of Electrical and Information Engineering，Hunan University of Technology，Zhuzhou Hunan 412007, China）

This paper introduces a single ended flyback switching power supply based on OB2273, and analyzes the design principle, function and working process of some modules. In order to meet the requirements of electromagnetic compatibility and stable output of power supply, the design uses EMI fi lter to fi lter out the interference,and uses the voltage regulator TL431 and optocoupler to realize the feedback. The experimental results show that the switching power supply has some advantages, such as stable output DC voltage, high conversion efficiency, small ripple, small size, with the expected effect attained.

OB2273； fl yback；switching power supply

TN86

A

1673-9833(2017)04-0039-05

10.3969/j.issn.1673-9833.2017.04.007

2016-12-13

湖南省教育厅科研基金资助项目（16C0476）

韩召成（1990-），男，江苏徐州人，湖南工业大学硕士生，主要研究方向为现代电力电子技术与系统，E-mail：914027210@qq.com