基于OB2354L的机顶盒开关电源设计

　　单片开关电源集成电路具有集成度高、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等特点，能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源[1]。与传统线性稳压电源相比，开关电源具有功耗小、体积小、稳压范围宽等优点，在电子设备中应用越来越广泛。

　　本文设计了一种基于昂宝电子有限公司的OB2354L芯片的三路输出小功率开关电源，应用于数字电视机顶盒等产品。

　　OB2354L是单片开关电源集成芯片，它集成了PWM控制器、功率开关MOSFET、高压启动电路以及各种保护电路，具有集成度高，外围器件少，宽输入电压，完善的EMI特性，待机功耗低等特点.

　　三路输出机顶盒电源电路设计

　　笔者设计了一种三路输出机顶盒开关电源，采用典型的反激式拓扑结构，输出分别为3.3V、6.8V、12V。其中3.3V输出要求比较高，因此从这一路输出采样反馈，形成闭环反馈，从而实现精确稳压。图1为所设计的三路输出机顶盒开关电源电路。图中，RT901是一NTC热敏电阻，用于减小开机时浪涌电流，RV901是压敏电阻，在打雷时保护后级电路，D901-D904为桥式整流电路，C919、L901、C906组成的π型滤波电路既作为整流滤波，又作为共模干扰滤波。二极管D905、电容C905和电阻R905组成箝位保护电路，用于吸收功率MOSFET关断时加在漏极上的尖峰脉冲，使漏极电压限制在安全范围以内，保护开关芯片。次级输出中3.3V输出采用反馈控制，经由二极管D909、C908、L904和C918整流滤波后，采用TL431可调式精密稳压器配合线性光耦PC817组成隔离反馈电路。电阻R907用于为TL431提供偏置电流，保证在流过PC817发光二极管的电流几乎为0的情况下，TL431仍然有1mA的最小工作电流。电阻R908为反馈环路DC增益的控制电阻，一般可以根据经验值选择和实际电路调整。电路的输出电压由下式：

　　确定，其中Iref为TL431反馈端的输入电流，其值很小，故可以忽略公式中的最后一项。

　　由于6.8V和12V输出的主板负载比较稳定，主板上6.8V还会通过线性稳压器转换成5V，在满足使用前提下，为了成本考虑，这两路输出没有增加稳压措施。

　　高频变压器设计

　　对于高频变压器的设计，有多种方法，本文采用公式计算的方法设计变压器相关参数，再根据实际调试结果对参数进行优化改进得出最终结果。

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      确定开关电源的基本参数

　　输入电压90V_ac~264V_ac;电网频率f_L：50Hz;开关频率f：50KHz;最大占空比D_max=0.45;输出：3.3V/1A;6.7V/0.5A;12V/0.1A;总输出功率P_O：8W;电源效率 ：75%;

　　确定输入电容C_IN以及输入直流电压最小值U_Imin

　　对于宽范围输入电压，输入电容选取为2~3μF/W，这里输出功率P_O为8W，故输入电容C919、C906分别取10μF/400V;U_Imin=90×1.414-30=100Vdc;

      确定初级波形参数

　　选择磁芯与骨架参数

　　可选用EE25型磁芯。有效磁芯截面积Ae约为51mm²，骨架宽度15mm。

　　确定初级匝数Np，次级匝数

　　由公式可得次级反射到初级电压V_RO为82V;由，B_sat为饱和磁通密度，这里取0.3T，得初级最少匝数为N_P为62匝;由，其中V_s1为次级基准输出绕组匝数，取4匝，V₀₁为输出电压3.3V，V_F1是基准输出电路二极管正向压降，采用肖特基二极管SR240，压降为0.6V，计算得到Np为82匝，大于前面得到的最少匝数62匝，符合要求。其他第n路次级输出匝数由公式确定，可以得到6.8V输出绕组匝数为8匝，12V输出绕组匝数为13匝，芯片供电绕组匝数为14匝。

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      实际确定的变压器参数

　　为减少漏感，变压器采用三明治绕法;导线电流密度取4~6A/mm²;根据实际实验调试，最后选择的变压器初级电感量为2mH，线径、匝数以及绕制方式如图3所示，其中E1、E2为屏蔽层，可以改善电源EMI性能。

      电源性能测试

　　电压调整率

　　对不同的交流电压输入，电源满载的情况下，测试的输出电压值见表1。

　　负载调整率

　　在分别用90V和220V交流输入的情况下，对于不同的输出负载，测试的输出电压值见表2和表3。

　　结语

　　本文介绍了一种用OB2354L设计的三路输出机顶盒开关电源，并给出了详细的变压器参数，最后给出了测试结果。从测试结果可以看出，测试出来的电源无论电压调整率还是负载调整率，都能够满足实际使用要求，该方案电源板已经用在国内有线电视机顶盒上。

　　参考文献：

　　[1] 沙占友，王彦朋，周万珍，等. 单片开关电源最新应用技术[M].北京：机械工业出版社，2002

　　[2] On-Bright Electronics, OB2354lL Datasheet

　　[3] 张占松，袁蔡宣三.开关电源的原理与设计[M]. 北京：电子工业出版社，1999

　　[4] Maniktala S. Switching Power Supplies A to Z.

　　[5] 开关电源设计[M].王志强，等，译. 第二版. 北京：电子工业出版社，2005