与直流电机相比，交流电机不需要换向器和电刷，其结构更简单。调速范围宽、稳态精度高、动态响应快、转子惯量小、输出功率大等诸多优点，使得交流电机在工业生产里得到较广泛地应用[1]。对伺服系统供电的与低效率的线性电源相比，因为其效率高、体积小、重量轻而受到广泛地关注[3]。美国PI 公司生产的开关电源专用集成芯片TOPSwitch-II，是一种将PWM 和MOSFET 合二为一的新型芯片，此系列芯片以其体积小、重量轻、价格低等优势，一经推出便得到普遍的应用，展示了良好的应用前景。
TOPSwitch-II芯片，将脉宽调制(PWM)控制管理系统的全部功能集成在一起，结构相对比较简单，只有三个引出端，分别为控制端C、源极S和漏极D[4]。内含脉宽调制器、功率开关场效应管、自动偏置电路、保护电路、高压启动电路和环路补偿电路,通过高频变压器使输出端与电网完全隔离,真正的完成无低频变压器、隔离式开关电源单片集成化,使用安全可靠。TOPSwitch-II是电流控制型开关电源，控制端提供偏压Uc，对电流Ic的大小来控制，就能连续调节脉冲占空比，实现脉宽调制。占空比D与控制端电流Ic呈线mA 范围内，当Ic↑时D↓，Ic↓时D↑。ICD1 是并在C-S 极
开关电源设计原理TMS320F2812 是控制板中的最重要的器件一。它每秒可执行1.5 亿次指令，具备卓越的数据处理能力。对该芯片供电的优劣，直接影响控制板工作的可靠性。由于芯片的供电电压是3.3V，考虑到控制的需要，总共需要两路+5V 供电，分别是模拟5V和数字5V。另外，控制板还有±15V 供电的芯片。IPM 模块是
最重要的器件之一。它通常用IGBT 作为功率开关元件，内藏电流传感器及驱动电路的集成结构，尤其适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源。本系统所使用的IPM，总共需要4 路电气隔离的+15V电源。综上所述，伺服系统要+15V、-15V 和+5V三种电压等级供电,故要设计一个可提供上述电压等级的辅助电源。电源设计参数如下：① 输入电压：VAC;
输入整流滤波电路采取Π型滤波(图2)：其中C17、C18 为差模电容，抑制差模干扰;C19、C20 为共模电容，抑制共模干扰;滤波电感L1 采用双线并绕。采用不可控的整流桥，整流器件的额定电流有效值ID，一定要满足在低电压输入时最大平均电流值，
，一般取0.5。反向阻断电压VR，按高电压输入进行计算：max R 1.25 2 AC V V (2)图2 中，输入滤波电容C21 的容值，可根据比例系数1~3μF/W 与输出上限功率Pomax 的乘积进行取值。3.2 变压器
单端反激式开关电源中的变压器，在开关管开通时，储存能量，阻断时释放能量而对负载供电[5]。对于
，如果要求每路输出电压均具有高精度，则每路均需要有闭环的稳压回路。对于本设计的多路输出，U3 输出这一路精度要求比较高，对这一路输出需加闭环控制，其它几路要求相对不高，不需要闭环控制。3.2.1 变压器铁芯
8 1max max ( ) 2 10 ( C ) o ON SQ B K K j P T 计 (3)式中，S 为铁芯的截面积(cm2);Q 为铁芯的窗口面积(cm2)。Bs 为选用的铁氧体饱和磁感应强度，考虑到高温时Bs会下降，选定工作最大磁感应强度Bm;TONmax为最大占空比Dmax对应的TOPSwitch-II 最大导通时间;△B 为铁芯磁感应强度的变化量，工作磁感应强为B，最小功率与上限功率的比值为K。上述几个量相互之间的对应关系为：
式中，Kc 为铁芯填充系数，Kμ 为窗口利用系数，j为导线电流密度。在确定铁芯型号时，铁芯实际的截面积与窗口面积乘积SeQe，应不小于SQ。
(SRD)组成的箝位电路。电路的主要原理是利用TVS 的瞬态电压抑制特性来抑制脉冲电压[7]：当TVS 管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。D11 为TVS，它与D12(SRD)组成箝位电路，如图2 所示。D11 承受的耐压值U11、D12 承受的耐压值U12 分别按式(20)、式(21)计算：111 2 2 1 U 1.5U (N ) N (20)12 max 2 AC U V (21)式中，N1 为校核后的原边匝数。3.4反馈电路光耦反馈电路实际由两部分构成：①由反馈绕组N10、高频整流滤波器构成的非隔离式反馈电路，反馈电压U10 为光敏晶体管提供偏压;②由取样电路、TL431、PC817 构成的隔离式反馈电路，它将输出电压U3 的变化量直接转换为控制电流Ic：在Ic=2~6mA 的范围内，输出电压U3 减小时，经过光耦反馈电路使得Ic 减小，D 增大，U3 增大，最终保证输出电压稳定。4.八路开关电源设计及性能测试4.1 参数设计考虑IPM 和DSP及其他芯片的工作电流，功率选为75W。由TOPSwitch-II 最大输出功率与型号故需对上述计算值进行进位取整(例如计算结果为
的关系，选择TOP226Y。按照上述分析，设计了基于TOP226Y 的八路输出开关电源，其
图，如图2 所示，设计物理量及数值如表1 所示：表1 八路输出开关电源设计物理量及数值
在绕制变压器时，选择了EI33 型铁芯。为了使得各输出绕组间紧密耦合，先绕N1 的一半，再绕N10，之后依次绕N2~N9，最后绕N1 的另一半。变压器的各个绕组电感测量值和最小计算值如表2 所示：表2 变压器各个绕组电感测量值与最小计算值比较
从表2 能够准确的看出，变压器各个绕组电感测量值均不小于最小计算值，满足设计的基本要求。另外，将副边绕联立式(1)~(20),结合表1，可以求得开关电源各个主要待定物理量(按公式排列顺序)如表3 所示：
交流输入电压给定187~253V 时，对开关电源进行了上电试验。为了证明钳位电路的设计,图3 给出了交流输入电压为220V 时，TOP226Y 的D 与S两端的电压应力波形，用差分探头20 倍衰减，能够正常的看到电压被TVS 箝位在200V，使得TOP226Y 得到了很好地保护。图4~图11 是交流输入电压为220V时，测得的八路输出电压波形，从图中能够正常的看到各路输出较稳定，纹波小。组短路，测得原边绕组漏感量为26.28μH，小于原边电感量5%。综上所述，变压器能战场工作。
本文采用TOP226Y 设计了一款多路输出的开关电源，对各个模块给出了理论分析和参数计算，最后通过实测结果分析，得到以下结论：
(1)TOPSwitch-II 系列开关电源，与MOSFET 及PWM 控制器集成电路相比，有高集成度、最简外围电路等优点，降低了设计难度，缩短了开发周期。
(2)交流输入电压给定为220V±15%时，输出电压波动较小，能够很好的满足交流伺服系统供电要求，验证了理论分析和参数设计的正确性。
功率因数的仿真分析[D]. 南京:南京航空航天大学, 2006.[2] 孙祖勇, 陈志辉. 多路隔离输出全数字伺服系统开关电源设计[J]. 电源技术应用, 2007, 10(6):33-37.
[4] 沙占友. 单片开关电源最新应用技术[M]. 北京:机械工业出版社,2003.
[5] 陈坚. 电力电子学——电力电子变换和控制技术(第二版)[M]. 北京:高等教育出版社, 2004.
