單片開關電源設計概述及程序流程圖

1設計概述

自從20世紀90年代以來，各種單片開關電源集成電路競相問世，現已形成TOPSwitch、TOPSwitch并頡TOPSwitchFX、TOPSwitchGX、TinySwitch和TinySwitchII六大系列近百種型號。它們具有高集成度、高性價比、最簡外圍電路、最佳性能指標等顯著優點，現已成為國際上開發250W以下中、小功率開關電源、精密開關電源及電源模塊的優選集成電路。

單片開關電源不僅在整機電路設計、高頻變壓器設計、反饋電路、保護電路和關鍵元器件的選擇方面有許多獨到之處，而且特別適合用計算機來完成整個開關電源的設計工作，這已成為國際電源領域的一項新技術。由美國PI（PowerIntegrations）公司開發的PIExpert軟件正是采用了這項技術。但是，該軟件沒有作為商品對外出售，所贈送的光盤也對軟件的安裝使用次數以及運行時間進行了嚴格限制，軟件的原代碼更列為公司的最高機密。此外，PIExpert軟件亦存在某些不足之處，突出表現在每種系列產品各對應于一套專門的軟件，并且只能對現有產品進行設計。因此，也給用戶使用帶來一些不便之處。

為解決上述問題，促使這項新技術能夠在國內迅速推廣應用，我們在參考PIExpert的基礎上，利用VisualBasic（以下簡稱VB）語言獨立開發出通用性很強的KDPExpert專家系統，為開關電源設計人員提供了一套功能強大而又簡便實用的設計軟件。該軟件不僅適用于TOPSwitch、TOPSwitch并頡TOPSwitchFX和TOPSwitchGX系列，還為將來問世的新產品預留出足夠的接口。本講座詳細闡述利用計算機設計單片開關電源的新技術以及KDPExpert軟件的設計思想，設計方法、界面風格和使用指南。為了敘述方便，下面統一用TOPSwitch來表示TOPSwitch、TOPSwitch并頡TOPSwitchFX和TOPSwitchGX系列。

2單片開關電源的兩種工作模式

單片開關電源有兩種基本工作模式：一種是連續模式CUM（ContinuousMode），另一種是不連續模式

圖1兩種模式的開關電流波形

（a）連續模式（b）不連續模式

DUM（DiscontinuousMode）。這兩種模式的開關電流波形分別如圖1（a）及圖1（b）所示。由圖可見，在連續模式下，初級開關電流是從一定幅度開始的，然后上升到峰值，再迅速回零。其開關電流波形呈梯形。這表明在連續模式下，由于儲存在高頻變壓器的能量在每個開關周期內并未全部釋放掉，因此下一個開關周期具有一個初始能量。采用連續模式可減小初級峰值電流IP和有效值電流IRMS，降低芯片的功耗。但連續模式要求增大初級電感量LP，這會導致高頻變壓器的體積增大。綜上所述，連續模式適用于功率較小的TOPSwitch和尺寸較大的高頻變壓器。

不連續模式的開關電流是從零開始上升到峰值，再降至零的。這就意味著儲存在高頻變壓器中的能量必須在每個開關周期內完全釋放掉，其開關電流波形呈三角形。不連續模式下的IP、IRMS值較大，但所需要的LP較小。因此，它適合于采用輸出功率較大的TOPSwitch，配尺寸較小的高頻變壓器。

3單片開關電源反饋電路的四種基本類型

單片開關電源的電路可以千變萬化，但其反饋電路只有四種基本類型：

（1）基本反饋電路；

（2）改進型基本反饋電路；

（3）配穩壓管的光耦反饋電路；

（4）配TL431的光耦反饋電路。

它們的簡化電路如圖2所示。

圖2（a）為基本反饋電路，其優點是電路簡單，成本低廉，適于制作小型化、經濟性開關電源；其缺點是穩壓性能較差，電壓調整率SV=±1.5％～±2.5％，負載調整率SI≈±5％。

圖2反饋電路的四種基本類型

（a）基本反饋電路（b）改進型基本反饋電路（c)配穩壓管的光耦反饋電路(d)配TL431的光耦反饋電路

＊當f=130kHz時，Δf=±4kHz；當f=65kHz時，Δf=±2kHz。

表1單片開關電源典型產品的技術指標