基于TOP244Y的12V新型本安电源的设计

近年来，我国煤矿机械化、自动化程度日益提高，矿井监控、通讯、仪表自动化系统等应用日益普遍，但煤矿的特殊环境，要求煤矿电气设备必须采用本安设备。

2.系统整体方案

根据煤矿用直流稳压电源的标准，电源输入电压为交流127V标称值的75%~110%(即95V~140V)，输出电压的纹波电压不应超过直流输出电压12V的5%。根据要求，本文采用TOP244Y开关电源芯片，在高频开关电源的基础上，外加过压保护电路、过流保护电路，设计了新型的12V本质安全型电源(最高开路电压12.4V最大短路电流150mA)。

如图1所示，本系统包括以下3个部分：

开关电源电路、过压保护电路、过流保护电路。

3.硬件电路设计

3.1 开关电源电路

开关电源电路将交流电127V转变成直流电23V。电路原理图如图2所示，交流电经过整流、滤波，成为纹波较大的直流电，通过高频变压器、开关电源芯片TOP244Y得到23V的直流电。

TOP244Y是Power Integration公司的TopSwitch II系列产品，它便于实现开关电源的优化设计，设计的交流输入电压范围是85V~265V。它能同时实现输入欠压保护、过压保护、从外部设定极限电流、降低最大占空比等功能。TOP244Y具有频率抖动特性，这对降低电磁干扰很有帮助。

TOP244Y的1引脚用于占空比控制，根据反馈电压改变占空比，调节电压稳定输出;2引脚提供线电压的过压、欠压等自动监测和调整;3引脚通常与三极管相连，实现远程开关控制，当三极管导通，3引脚接地，TOP244Y正常工作，当三极管断开，3引脚类于悬空，TOP244Y失能;4引脚为 TOP244Y内部MOSFET的源极，6引脚为内部MOSFET的漏极，作为开关使用，提供给高频变压器;5引脚为频率引脚，接地时TOP244Y的工作开关频率为132KHz。R3为欠压或过压检测电阻，并能给线路提供电压前馈，以减少开关频率的波动。D2、D3构成漏极钳位电路，可吸收内部 MOSFET关断时由高频变压器T1初级漏感产生的尖峰电压，保护MOSFET不受损。电阻R5用来从外部设定功率开关管的漏极极限电流，使之略高于满载或输入欠压时的漏极峰值电流，这就允许在电源起动过程中或输出负载不稳定但未出现饱和的情况下采用较小尺寸的高频变压器。当输入直流电压过压时，R5还能自动降低最大占空比Dmax，对最大负载功率加以限制。

精密光耦反馈电路由线性光电耦合器PC817A、稳压管D7、电阻R6、R8组成。输出电压Uo经过光耦去改变TOP244Y的1引脚电流IC，使占空比发生变化，进而调节Uo保持不变。反馈绕组的输出电压经D3、C8整流滤波后，给光耦中的接收管提供偏压。C10还与R14一起构成尖峰电压滤波器，使偏置电压在负载较重时能保持恒定。 3.2 过压保护电路