（精編版）單片開關電源設計論文

1、關注我 實時更新 最新資料單片開關電源設計論文摘要：單片開關電源是國際上90年代才開始流行 的新型開關電源芯片。本文闡述其快速設計方法。關鍵詞：單片開關電源快速設計TOPSwithTheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitc

2、hingpowersupply.Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,Topswith在設計開關電源時，首先面臨 的問題是如何選擇合適 的單片開關電源芯片，既能滿足要求，又不因選型不當而造成資源 的浪費。然而，這并非易事。原因之一是單片開關電源現(xiàn)已形成四大系列、近70種型號，即使采用同一種封裝 的不同型號，其輸出功率也各不相同；原因之二是選擇芯片時，不僅要知道設計 的輸出功率PO，還必須預先確定開關電源 的效率和芯片 的功率損耗PD，而后兩個特征參數(shù)只有在設計安裝好開關電源時才能測出來，在設計之前它們是未知 的。下面重點介紹利用

3、TOPSwitchII系列單片開關電源 的功率損耗（PD）與電源效率（）、輸出功率（PO）關系曲線，快速選擇芯片 的方法，可圓滿解決上述難題。在設計前，只要根據(jù)預期 的輸出功率和電源效率值，即可從曲線上查出最合適 的單片開關電源型號及功率損耗值，這不僅簡化了設計，還為選擇散熱器提/(Uimin=85V)中圖法分類號：TN86文獻標識碼：A文章編碼：02192713(2000)0948805PO/W供了依據(jù)。1TOPSwitchII 的PD與、PO關系曲線TOPSwitchII系列 的交流輸入電壓分寬范圍輸入（亦稱通用輸入），固定輸入（也叫單一電壓輸入）兩種情況。二者 的交流輸入電壓分別為Ui=

4、85V265V，230V15。11寬范圍輸入時PD與，PO 的關系曲線TOP221TOP227系列單片開關電源在寬范圍輸入（85V265V） 的條件下，當UO=5V或者12V時，PD與、PO 的關系曲線分別如圖1、圖2所示。這里假定交流輸入電壓最小值Uimin=85V，最高/(Uimin=85V)/(Uimin=195V)交流輸入電壓Uimax=265V。圖中 的橫坐標代表輸出功率PO，縱坐標表示電源效率。所畫出 的7條實線分別對應于TOP221TOP227 的電源效率，而15條虛線均為芯片功耗 的等值線（下同）。2固定輸入時PD與、PO 的關系曲線TOP221TOP227系列在固定交流輸入（

5、230V15）條件下，當UO=5V或12V時，PD與、PO 的關系曲線分別如圖3、圖4所示。這兩個曲線族對于208V、220V、240V也同樣適用。現(xiàn)假定Uimin=195V,Uimax=265V。2正確選擇TOPSwitchII芯片 的方法利用上述關系曲線迅速確定TOPSwitchII芯片型號 的設計程序如下：（1）首先確定哪一幅曲線圖適用。例如，當Ui=85V265V，UO=5V時，應選擇圖1。而當Ui=220V(即230V230V4.3)，UO=12V時，就只能選圖4；（2）然后在橫坐標上找出欲設計 的輸出功率點位置（PO）；（3）從輸出功率點垂直向上移動，直到選中合適芯片所指 的那條實

6、曲線。如不適用，可繼續(xù)向上查找另一條實線；（4）再從等值線（虛線）上讀出芯片 的功耗PD。進而還可求出芯片 的結溫（Tj）以確定散熱片 的大?。唬?）最后轉入電路設計階段，包括高頻變壓器設計，外圍元器件參數(shù) 的選擇等。下面將通過3個典型設計實例加以說明。例1：設計輸出為5V、300W 的通用開關電源通用開關電源就意味著交流輸入電壓范圍是85V265V。又因UO=5V，故必須查圖1所示 的曲線。首先從橫坐標上找到PO=30W 的輸出功率點，然后垂直上移與TOP224 的實線相交于一點，由縱坐標上查出該點 的=71.2，最后從經(jīng)過這點 的那條等值線上查得PD=2.5W。這表明，選擇TOP224就能

7、輸出30W功率，并且預期 的電源效率為71.2,芯片功耗為2.5W。若覺得=71.2 的效率指標偏低，還可繼續(xù)往上查找TOP225 的實線。同理，選擇TOP225也能輸出30W功率，而預期 的電源效率將提高到75，芯片功耗降至1.7W。根據(jù)所得到 的PD值，進而可完成散熱片設計。這是因為在設計前對所用芯片功耗做出 的估計是完全可信 的。例2：設計交流固定輸入230V15，輸出為直流12V、30W開關電源。圖6固定輸入時K與Uimin 的關系根據(jù)已知條件，從圖4中可以查出，TOP223是最佳選擇，此時PO=30W，=85.2，PD=0.8W。例3：計算TOPswitchII 的結溫這里講 的結溫

8、是指管芯溫度Tj。假定已知從結到器件表面 的熱阻為RA(它包括TOPSwitchII管芯到外殼 的熱阻R1和外殼到散熱片 的熱阻R2)、環(huán)境溫度為TA。再從相關曲線圖中查出PD值，即可用下式求出芯片 的結溫：Tj=PDRATA(1)舉例說明，TOP225 的設計功耗為1.7W，RA=20/W，TA=40，代入式（1）中得到Tj=74。設計時必須保證，在最高環(huán)境溫度TAM下，芯片結溫Tj低于100，才能使開關電源長期正常工作。3根據(jù)輸出功率比來修正等效輸出功率等參數(shù)31修正方法如上所述，PD與，PO 的關系曲線均對交流輸入電壓最小值作了限制。圖1和圖2規(guī)定 的Uimin=85V，而圖3與圖4規(guī)定

9、Uimin=195V（即230V230V15）。若交流輸入電壓最小值不符合上述規(guī)定，就會直接影響芯片 的正確選擇。此時須將實際 的交流輸入電壓最小值Uimin所對應 的輸入功率PO，折算成Uimin為規(guī)定值時 的等效功率PO，才能使用上述4圖。折算系數(shù)亦稱輸出功率比（PO/PO）用K表示。TOPSwitchII在寬范圍輸入、固定輸入兩種情況下，K與Umin 的特性曲線分別如圖5、圖6中 的實線所示。需要說明幾點：（1）圖5和圖6 的額定交流輸入電壓最小值Uimin依次為85V，195V，圖中 的橫坐標僅標出Ui在低端 的電壓范圍。（2）當Uimin>Uimin時K>1，即PO>

10、;PO，這表明原來選中 的芯片此時已具有更大 的可用功率，必要時可選輸出功率略低 的芯片。當Uimin（3）設初級電壓為UOR，其典型值為135V。但在Uimin<85V時，受TOPSwitchII調(diào)節(jié)占空比能力 的限制，UOR會按線性規(guī)律降低UOR。此時折算系數(shù)K=UOR/UOR<1。圖5和圖6中 的虛線表示UOR/UOR與Uimin 的特性曲線，利用它可以修正初級感應電壓值。現(xiàn)將對輸出功率進行修正 的工作程序歸納如下：（1）首先從圖5、圖6中選擇適用 的特性曲線，然后根據(jù)已知 的Uimin值查出折算系數(shù)K。（2）將PO折算成Uimin為規(guī)定值時 的等效功率PO，有公式PO=PO

11、/K（2）（3）最后從圖1圖4中選取適用 的關系曲線，并根據(jù)PO值查出合適 的芯片型號以及、PD參數(shù)值。下面通過一個典型 的實例來說明修正方法。例4：設計12V，35W 的通用開關電源已知Uimin=85V，假定Uimin=90115V=103.5V。從圖5中查出K=1.15。將PO=35W、K=1.15一并代入式（2）中，計算出PO=30.4W。再根據(jù)PO值，從圖2上查出最佳選擇應是TOP224型芯片，此時=81.6，PD=2W。若選TOP223，則降至73.5,PD增加到5W，顯然不合適。倘若選TOP225型，就會造成資源浪費，因為它比TOP224 的價格要高一些，且適合輸出40W60W

12、的更大功率。32相關參數(shù) 的修正及選擇（1）修正初級電感量在使用TOPSwitchII系列設計開關電源時，高頻變壓器以及相關元件參數(shù) 的典型情況見表1，這些數(shù)值可做為初選值。當UiminLP=KLP（3）查表1可知，使用TOP224時，LP=1475H。當K=1.15時，LP=1.151475=1696H。表2光耦合器參數(shù)隨Uimin 的變化最低交流輸入電壓Uimin(V)85195LED 的工作電流IF（mA）3.55.0光敏三極管 的發(fā)射極電流IE（mA）3.55.0（2）對其他參數(shù) 的影響當Uimin 的規(guī)定值發(fā)生變化時，TOPSwitchII 的占空比亦隨之改變，進而影響光耦合器中 的LED工作電流IF、光敏三極管發(fā)射極電流IE也產(chǎn)生變化。此時應根據(jù)表2對IF、IE進行重新