單片開關電源的快速設計法

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。

　　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η和芯片的功率損耗PD，而后兩個特征參數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TOPSwitch－II系列單片開關電源的功率損耗（PD）與電源效率（η）、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

　　η/％(Uimin=85V)

　　中圖法分類號：TN86文獻標識碼：A文章編碼：0219?2713(2000)09?488?05

　　PO/W

　　圖1寬范圍輸入且輸出為5V時PD與η，PO的關系曲線

　　圖2寬范圍輸入且輸出為12V時PD與η，PO的關系曲線

　　圖3固定輸入且輸出為5V時PD與η，PO的關系曲線

　　供了依據。

　　1TOPSwitch－II的PD與η、PO關系曲線

　　TOPSwitch－II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=85V～265V，230V±15％。

　　1．1寬范圍輸入時PD與η，PO的關系曲線

　　TOP221～TOP227系列單片開關電源在寬范圍輸入（85V～265V）的條件下，當UO=＋5V或者＋12V時，PD與η、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

　　η/％(Uimin=85V)

　　η/％(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η。所畫出的7條實線分別對應于TOP221～TOP227的電源效率，而15條虛線均為芯片功耗的等值線（下同）。

　　1．2固定輸入時PD與η、PO的關系曲線

　　TOP221～TOP227系列在固定交流輸入（230V±15％）條件下，當UO=＋5V或＋12V時，PD與η、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。現假定Uimin=195V,Uimax=265V。

　　2正確選擇TOPSwitch－II芯片的方法

　　利用上述關系曲線迅速確定TOPSwitch－II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=85V～265V，UO=＋5V時，應選擇圖1。而當Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，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曲線。如不適用，可繼續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）以確定散熱片的大小；

　　（5）最后轉入電路設計階段，包括高頻變壓器設計，外圍元器件參數的選擇等。