一種小功率通用開(kāi)關(guān)電源的快速設計方法

摘要： 介紹了開(kāi)關(guān)電源的基本原理，以及TopswitchⅡ型開(kāi)關(guān)芯片的結構，探討了基于該芯片小功率通用開(kāi)關(guān)電源的設計過(guò)程中開(kāi)關(guān)管的選型，主要元件參數的計算等問(wèn)題。最后通過(guò)仿真試驗，對電源的設計過(guò)程進(jìn)行了認證。

0 引言

直流穩壓電源是現代電力電子系統中的重要組成部分，好的直流電源系統是高質(zhì)量現代電子系統的重要保證。開(kāi)關(guān)電源本身種類(lèi)繁多，設計方法也復雜多樣，因此研究一種簡(jiǎn)潔的方法去快速設計出所需要的通用型高效率，低廉價(jià)格的開(kāi)關(guān)電源是很有必要的。

1 開(kāi)關(guān)電源工作原理

開(kāi)關(guān)直流穩壓電源是基于方波電壓的平均值與其占空比成正比以及電感、電容電路的積分特性而形成的。其基本工作原理是，先對輸入交流電壓整流，從而形成脈動(dòng)直流電壓，經(jīng)過(guò)DC-DC 變換電路變壓，再通過(guò)斬波電路形成了不同脈沖寬度的高頻交流電，然后對其整流濾波輸出需要電壓電流波形。如果輸出電壓波形偏離所需值，便有電流或電壓采樣電路進(jìn)行取樣反饋，經(jīng)過(guò)與比較電路的電壓值進(jìn)行參數比較，把差值信號放大，從而控制開(kāi)關(guān)電路的脈沖頻率f 和占空比D,以此來(lái)控制輸出端的導通狀態(tài)。因此，輸出端便可以得到所需的電壓電流值。

如圖1, 將開(kāi)關(guān)電源模塊劃分為以下幾個(gè)部分。

根據電力系統的實(shí)際需要，通過(guò)對各個(gè)部分進(jìn)行分析，便可以設計出相應的開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品。

圖1 開(kāi)關(guān)電源原理框圖。

2 TopswitchⅡ簡(jiǎn)介

TOPSwitch ??是POWER 公司生產(chǎn)的高集成的用于開(kāi)關(guān)電源的專(zhuān)用芯片。它將功率開(kāi)關(guān)管與其控制電路集成于一個(gè)芯片內，并具有自動(dòng)復位，過(guò)熱保護與過(guò)流保護等功能，其功能原理圖如圖2 所示。當系統上電時(shí)，D 引腳變?yōu)楦唠娢?，內部電流源開(kāi)始工作且片內開(kāi)關(guān)在0 位，TOPSwitch 給并接在C 引腳的電容C5(見(jiàn)圖2) 充電。當C5 端電壓達到5.7 V 后，自動(dòng)重起電路關(guān)閉，片內開(kāi)關(guān)跳到1 位。C5 一方面提供TOPSwitch 內部控制電路的電源，使誤差放大器開(kāi)始工作，另一方面提供一反饋電流以控制開(kāi)關(guān)管的占空比。MOSFET 開(kāi)關(guān)管的驅動(dòng)信號由內部振蕩電路、保護電路和誤差放大電路共同產(chǎn)生。C5 兩端的電壓愈高，MOSFET 開(kāi)關(guān)管驅動(dòng)脈沖的占空比愈小。

3 TOPSwitch 芯片的選型

在設計開(kāi)關(guān)電源時(shí)，首先就要面臨如何選擇合適的開(kāi)關(guān)電源控制芯片。在選擇芯片的時(shí)候，要既能滿(mǎn)足要求，又不因為選型造成資源的浪費。下面就介紹利用TopswitchⅡ系列開(kāi)關(guān)電源的功率損耗( PD ) 與電源效率(η)，輸出功率( Po ) 關(guān)系曲線(xiàn)，快速選擇芯片的型號，從而完成寬范圍輸入的通用開(kāi)關(guān)電源的設計。

圖2 TOPSwitch芯片內部原理圖。