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1、AN-43应用指南 TOPSwitch-HX产品系列 March 2008设计指南介绍TOPSwitch-HX产品系列为高度集成的单片离线式开关IC，设计 用于离线式电源。使用TOPSwitch-HX集成电路能够设计出输出功率高达195 W的电源，同时在所有负载条件下均具有高效率。TOPSwitch-HX还可以在低负载及待机（空载）工作条件下提供非常高的性能。TOPSwitch-HX产品系列能够使设计师设计出的满足新能效标准的电源。TOPSwitch-HX具有很多创新的专利技术，不仅能够设计出结构紧凑、经济高效的开关电源，同时还能缩短整体设计周期并降低系统成本。此外，使用TOPSwitch-H
2、X 产品系列设计出的电源还具有可靠的系统性能以及增强的安全特性，例如输出过压保护、过载功率限制及迟滞热关断保护等。该系列中的每个产品都在一个硅片上集成了一个高压功率MOSFET及控制器。内部连接到漏极的高压电流源在启动阶段 提供偏置电流，从而省去了外部启动电路。内部振荡器具有 频率调制（抖动）特性，可以降低EMI。此外，IC还集成了 一些功能用于系统级的保护。自动重启动功能可以在过载、 输出短路或开环条件下限制MOSFET、变压器及输出二极管 中的功率耗散。自动恢复迟滞热关断功能还可以在温度超过安全限值时禁止MOSFET开关。 可设定的UV/OV检测功能允许在电压跌落或浪涌条件下启动和关断电源
3、，而不会出现不良波动。Power Integrations的EcoSmart技术令使用TOPSwitch-HX产品系列设计的电源，其空载功耗小于200 mW，并在整个输入电压及负载范围内保持恒定的效率。TOPSwitch-HX系列解决方案能够轻松满足如加州能源委员会(CEC)、European Code of Conduct 及能源之星等能效标准。基本电路结构特定应用要求的功能，如恒流、恒定输出功率等不在本设计指南的讨论范围。但是，可以在本文所示的基本转换器电路当中增加额外的电路来实现这些特别的要求。有关其它电路功能、设计范例的更多信息及其它信息，请访问Power Integrations的网
4、站或联系您的PI销售代表。范围本应用指南旨在帮助工程师使用TOPSwitch-HX系列器件设计一个隔离的AC-DC反激式开关电源。工程师可以利用本文所述的指导方法快速选择所需的关键元件并完成合适的变压器设计。为方便起见，本文直接参考了PI Xls变压器设计表格，该设计表格为 PI Expert设计软件套件的一部分，可从免费获取。图 1. 具有初级检测过压保护功能的典型TOPSwitch-HX反激式电源PI-4687-092007AC IN DC OUT DSCTOPSwitch-HXCONTROLROVPVROVPRILRLSV+ - FX版本D 03/082应用指南 AN-43TOPSwit
5、ch-HX反激式电源的基本电路结构如图1所示，本应用指南也使用该电路作为参考电路，对其中的元件设计加以讨论。除了本应用指南之外，您还会发现TOPSwitch-HX参考设计套件(RDK)非常有用。每个套件中都包括功能完备的工程原型样板、工程报告及器件样品。关于PI Expert软件下载、如何得到RDK及本文最新信息方面的详细信息，请访问。快速入门熟悉电源设计和Power Integrations设计软件的读者可以选择跳过后面所述的详细设计方法，使用以下信息快速设计变压器并选择第一个原型所需的元件。对于此设计方法，只要将如下所述的信息输入PI Xls表格，其它参数就会由PI Xls表格根据典型的设
6、计要求自动选取出来。方括号当中的数值表示PI Xls表格中单元的位置。输入交流输入电压范围，包括最小值VACMIN、最大值VACMAX 及最低交流输入频率fL B3, B4, B5输入额定输出电压VO B6对于具有峰值负载要求的设计，输入平均输出功率，其它设计则输入连续输入功率B7对于具有峰值负载电流的设计，输入峰值负载电流，其它设计则留空B8输入估计的效率B9对于通用输入电压范围(85-265 VAC)或单电压100/115 VAC (85-132 VAC)取值0.8；对于单电压230 VAC (185-265 VAC)取值0.85。根据在峰值负载和最低交流输入电压条件下测得 的效率值，相应
7、地调整表格中估计的效率取值。输入损耗分配因子Z B10对于典型的应用取值0.5（完成首件工程样板评估后相应地 调整该取值）输入CIN输入滤波电容容量B13对于通用输入电压范围(85-265 VAC)或单电压(100/115 VAC) 取值3 F/W；对于单电压(185-265 VAC)取值1 F/W。直接输入或从下拉菜单中选择TOPSwitch-HX型号B17从下面的功率表中根据输出功率及输入电压范围选择合适的器件输入工作频率 B22选择“H”表示工作在66 kHz频率上选择“F”表示工作在132 kHz频率上如果选择的是P、G和M封装，在单元格B22中选择 “H”或“F”并不会更改设计，因为
8、这些元件只工作在 66 kHz（额定）频率上。从下拉菜单中选择磁芯类型B52如果无任何磁芯型号输入，数据表会自动选择合适的磁芯如果有任何警告显示，请按照设计表格F栏中的以下说明 更改设计制作变压器选择关键的元件参见第7步至第12步。表 1. 输出功率表注释： 1. 最小的持续输出功率是在典型的无风冷密闭适配器中、环境温度为+50 C 3. 在+50 C的环境温度条件下，任何设计中的峰值功率能力。 的条件下测量得到的。使用一个外部的散热片将提高输出功率的能力。 4. 230 VAC或110/115 VAC倍压整流。 2. 在+50 C的环境温度条件下，开放式设计中的最小持续功率。 5. 封装：P
9、：DIP-8C、G：SMD-8C、M：SDIP-10C、Y：TO-220-7C。E:eSIP- 7C。参考数据手册内的元件订购信息。输出功率表产品5230 VAC 15%485-265 VAC Product5230 VAC 15%85-265 VAC适配器1开放式2峰值3适配器1开放式2Peak3适配器1开放式2适配器1开放式2TOP252PN/GN9 W15 W21 W6 W10 W13 WTOP252EN10 W21 W6 W13 W TOP252MN21 W13 WTOP253EN21 W43 W13 W29 WTOP253PN/GN15 W25 W38 W9 W15 W25 W TO
10、P254EN/YN30 W62 W20 W43 WTOP253MN43 W29 WTOP254PN/GN16 W28 W47 W11 W20 W30 WTOP255EN/YN40 W81 W26 W57 W TOP254MN62 W40 WTOP256EN/YN60 W119 W40 W86 W TOP255PN/GN19 W30 W54 W13 W22 W35 W TOP257EN/YN85 W157 W55 W119 WTOP255MN81 W52 WTOP258EN/YN105 W195 W70 W148 WTOP256PN/GN21 W34 W63 W15 W26 W40 WTOP25
11、6MN98 W64 WTOP259EN/YN128 W238 W80 W171 W TOP257PN/GN25 W41 W70 W19 W30 W45 W TOP260EN/YN147 W275 W93 W200 WTOP257MN119 W78 W TOP261EN/YN 177 W333 W118 W254 WTOP258PN/GN29 W48 W77 W22 W35 W50 WTOP258MN140 W92 W版本D 03/083应用指南 AN-43制作原型并根据需要反复调整设计。用测量的实际结果替换设计表格中原来假设的参数（比如效率、最低输入电压VMIN）。Power Integrat
12、ions提供了变压器原型服务以及指向其它供应商的链接：有关详细信息，请参阅 变压器设计步骤简介使用本设计流程可以设计出具有或不具有峰值输出功率要求的 电源。本设计流程特别适用于采用P、G或M封装的设计。在本设计中集成的电流限流点特性可使电源在短时间内提供峰值功率，并可维持一段时间。 其峰值功率仅受TOPSwitch-HX封装的散热特性及电路中其它元件额定值的影响。随着平均功率的增加，必须选择较大的变压器，以增大绕组的导电面积或提高器件的散热量，进而降低变压器和器件的温升。功率表（表1）中列出了在密闭的适配器和开放式应用中可得到的峰值功率与连续（平均）功率的参考数据。对于P、G和M封装，“适配
13、器”和“开放式”环境下的功率值受温度影响。峰值数值表示受电气影响的输出功率，假定前提是工作在限流点(ILIM(MIN)。对于Y封装，“适配器”功率值也受散热影响，但“开放式”值则受电气影响，因此也表示峰值输出功率。由于连续功率值受温度影响，它们表示在最差情况下的连续功率上限值，但可能因应用的不同而有所不同。例如，如果峰值功率输出时占空比很低，如在关闭DVD播放器舱门时，峰值功率持续1秒钟，那么器件（和变压器）温升只与连续功率有关。但是，如果峰值功率重复出现且占空比较大，那么该峰值功率需要被确定为设计中的影响因素。图2显示了在两个不同的峰值负载条件下如何计算所要求的平均输出功率。其中PX表示不同
14、的输出功率，tX表示每个峰值功率的持续时间，T为脉冲负载循环一次所需的时间。此设计步骤要求明确峰值和连续（平均）输出功率的大小。 如果设计没有峰值功率要求，则峰值和连续输出功率应当使用相同的值。峰值功率用来选择合适的TOPSwitch-HX器件，并据此设计变压器以保证在最低输入电压下能够提供足够的功率。而连续功率 （或者平均功率，在峰值功率是周期性的情况下）用来考虑散热方面的设计，会影响变压器的尺寸及散热片的大小。第1步 - 输入应用变量VACMIN、VACMAX、fL、VO、PO(AVE)、PO(PEAK)、h、Z、VB、tC、CIN从表2当中确定输入电压范围。额定输入电压(VAC)VACM
15、INVACMAX100 / 11585132230 195265宽电压范围85265线电压（输入电压）频率，fL对于通用输入电压或单电压110 VAC输入取值50 Hz；对于单电压PI-4329-030906P3Power (W)Time (t)Tt1t2P2P1图 3. TOPSwitch-HX设计表格中应用变量的选择表 2. 标准的全球输入电压范围图 2. 连续（平均）输出功率计算范例版本D 03/084应用指南 AN-43115 VAC输入取值60 Hz，对于单电压230 VAC输入取值50 Hz。这些值表示典型的线电压频率，而不是最小频率。对于大多 数应用，这都预留了足够的整体设计裕量。在绝对最差情况下或根据产品规格，可以将这些数值降低6%（47 Hz或56 Hz）。如果是半波整流，可以使用FL/2。如果是直流输入，请直接将电压输入单元格B65和B66。额定输出电压，VO (V)在连续输出负载情况下，输入电源主输出的额定输出电压。一般来讲，反馈电路都是连接到主输出上。连续/平均输出功率，PO(AVE) (W)输入电源的平均输出功率。如果电源是多路输出电源，请输入所有输出的功率总和。峰值输出功率，PO(PEAK) (W)输入峰值负载条件下的峰值输出功率。如果设计没有峰值负载要求，那么将此参数留空并假定一个等于PO(AVE) 的值。PO(PEAK)用于计算初级电感值。在
