TOPSwitch器件在電源中的應用

31降壓型（BUCK）功率變換電路

　　TOPSwitch器件在降壓型功率變換電路中的使用如圖4(a)所示。降壓型功率變換電路是最簡單的PWM型DC/DC功率變換電路，動態特性較好。但是，降壓型功率變換電路的缺點是輸入電流為脈動的，極易產生電磁干擾；穩態電壓比小于1，故只能降壓不能升壓，且只能提供單個輸出，不能提供多路輸出。

32升壓型（BOOST）功率變換電路

　　TOPSwitch器件在升壓型功率變換電路中的使用如圖4(b)所示。同降壓型功率變換電路相比，升壓型功率變換電路輸入電流是連續的，輸入源的電磁干擾減輕了。但是升壓型功率變換電路輸出側電流是脈動的，輸出紋波較大；升壓型功率變換電路只能升壓而不能降壓；同樣只能提供單個輸出，不能提供多路輸出。

33正激式（FORWARD）功率變換電路

　　TOPSwitch系列器件在正激式功率變換電路中的應用如圖4(c)所示。正激式功率變換電路是具有直流隔離的降壓型功率變換電路。由于加入了變壓器，正激式功率變換電路不但實現了輸入和輸出的直流隔離，而且不再受降壓型功率變換電路輸出電壓小于輸入電壓的限制，并可提供多路電壓輸出。

34反激式（FEEDBACK）功率變換電路

　　TOPSwitch系列器件在反激式功率變換電路中的應用如圖4(d)所示。反激式功率變換電路同樣具有直流隔離功能。反激式功率變換電路中的變壓器，除

圖4TOPSwtich在不同拓撲結構的功率變換電路中的應用

（a)BUCK(b)BOOST(c)FORWARD(d)FEEDBACK

了起隔離作用之外，還具有儲能的功能。理想情況下，初級和次級線圈中不會同時有電流存在。反激式功率變換電路輸出電壓不受輸入電壓的限制，亦可提供多路電壓輸出。

　　在設計脫線、隔離式開關電源時，圖4(d)所示反激式功率變換電路相對而言是一個最優的選擇。

　　出于安全性的考慮，脫線式功率變換電路一定要用變壓器將初、次級相互隔離。此外，大多數功率變換電路還需要電感來存儲能量并作為輸出脈寬調制波形的低通濾波器。反激式功率變換電路則不需要額外的電感，因為電路中的變壓器可同時實現直流隔離、能量存儲和電壓轉換的功能，所以相對于其他隔離式功率變換電路，反激式變換電路的元器件數目，特別是磁性元件的數目最少，在小功率應用中，成本低廉，頗具吸引力。不過，當功率達到100W，輸出電流接近10A后，電路元器件所承受應力的增大，使成本迅速增加，系統總成本可能會高于其他電路拓撲結構。

　　若在反激式功率變換電路的變壓器上增加“反饋”線圈，則可直接得到與輸出電壓成正比的反饋電壓。這表示在初級電路中即可實現對次級電路的控制，不需要在初級電路和次級電路中使用光電耦合器或其他隔離的控制設備。反激功率變換電路中的變壓器，從嚴格意義上講只是相互耦合的電感。由于耦合電感直接牽涉到電、磁能量的轉換，所以磁性元件和磁路的設計，特別是變壓器的設計十分復雜。美國功率集成公司針對反激式功率變換電路對TOPSwitch器件進行了優化，并提供了EXCEL電子表格來設計反激式開關電源開發軟件，下一節介紹的就是應用EXCEL電子表格來設計反激式開關電源的實例。

4應用EXCEL電子有格來設計反激式開關電源

　　應用EXCEL電子表格設計反激式開關電源是美國功率集成公司為引導設計師按給定系統的要求和規格，采用TOPSwitch系列器件求得滿意結果的電源設計而提出的一種方案。

　　脫線式開關電源設計，涉及電子工程領域的許多內容：模擬和數字電路、二極管和MOS功率器件的特性、磁學、熱的考慮、安全要求、控制環路的穩定性等等，因此，設計開關電路需要考慮大量相互之間關系復雜的設計變量。然而，由于TOPSwitch的高度集成性，許多設計問題已在芯片之內得到了解決。芯片外部需解決問題極少，系統設計時所需考慮的變量數目大大減少。加上TOPSwitch內建環路穩定性很高，所以，不但開關電源的設計簡化了，而且使得程序化設計成為可能。

　　開關電源的設計過程，本質上就是對系統變量進行反復計算和調整，使系統最優化的過程。而在反激式功率變換電路中，需要反復計算的公式相對來說不太復雜。如果使用電子數據表格，那么設計一個簡單的開關電源的時間可縮短到10分鐘。

　　表1是美國功率集成公司提供的可在個人電腦（PC）上的EXCEL程序中運行的電子數據表格。運用該電子表格，反激式開關電源設計所需計算的公式全部可由計算機來完成，具體步驟如下：

　　（1）根據應用的要求和所使用的變壓器，選擇TOPSwitch器件以及所采用的電路（可從四種電路中任選一種，本例為反激式）。

　　（2）確定輸入變量的估計值，將其填入電子表格，得到中間參數和輸出參數的值。

　　（3）改變輸入變量值反復進行計算，直到所選擇的輸出參數值滿足要求。

　　表中的B列填入輸入變量的值，C列和D列顯示中間參數和輸出參數的值，最終的輸出參數的值在D列。其中Krp是美國功率集成公司引入的一個新變量，定義為初級電路的電流紋波和電流峰值的比值，用來描述TOPSwitch漏極電流波形，以簡化計算。

　　對于特定的應用和變壓器，表中23個變量中的20個反復計算時是保持不變的。只有次級線圈圈數的Ns,電流紋波和峰值的比值Krp和初級繞組層數L三個變量在重復過程中需要改變取值。

　　所有參數在重復計算時，需要對最大磁通量密度Bm，氣隙長度Lg，初級載流量CMA三個參數進行檢查，判斷取值是否滿足要求。至于其他的參數，則是中間值或者是最終結果，供選擇或制造元器件的時候使用。

　　應用電子表格進行設計時，不斷改變Ns，Krp，L的值進行重復計算，最后當Bm，Lg，CMA均滿足要求時，一個基本的TOPSwitch反激式變壓器的設計就完成了。按此設計出的電源一般可以正常工作，在電源輸入電壓達到最小值時，功率傳輸比可達最大值。