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1、2012年11月27日,Author:Professor Dai Wenjin(Liang bin)Department of Information Engineering, Nan chang University,A Small Power SMP Based TOPSwitch,总 览,一、本文概要,开关电源被称为高效节能型电源，因为内部电路工作在高频开关状态，自身消耗的能量很低，电源效率高。而通常开关电源的设计使用控制电路与功率MOSFET相分立的拓扑结构，这种方案开发周期长，成本高，系统可靠性差。TOPSwitch系列智能开关电源集成器件具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性
2、能指标等优点，从而提高了电源的效率，降低了成本，增强了系统的可靠性，因此被广泛地应用在中小功率电源中。 采用PWM控制器和MOSFET功率开关一体化的集成控制芯 片是新一代开关电源设计的重要特点和趋势。本文介 绍了三端脱线式PWM/MOSFET二合一集成控制器件TOPSwitch系列器件的工作原理及其在开关电源设计中的应用。 在研究了开关电源的工作原理基础之上， 采用TOP223设计了小功率开关电源电路。并对电路中的一些元 器件的参数进行了计算和选择。该电路基本能满足设计的要求。,返回目录,二、开关电源的概述及工作原理,1、简述 随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系
3、日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。,2、用途 开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、电冰箱、液晶显示器、音响、电脑、数码产品和UPS等领域。,3、开关电源的工作原理及基本结构 开关电源是利用现代电力电子技 术，控制功率半导体器件开通和关断的时间比率，使一个电路运行于“开关状态” 并
4、维持稳定输出电压的一种电源。 交流电源输入经整流滤波变成直流电 ，通过高频PWM芯片（脉冲宽度调制芯片）控制开关管，将直流电加到开关变压器的初级线圈上 。开关变压器次级感应出高频电压，经过整流滤波供给负载。输出部分通过电路反馈给控制电路，控制PWM占空比，以达到稳定输出的目的。,返回目录,三、TOPSWitch系列器件介绍及性能特点,1、TOPSwitch系列器件简介 TOPSwichII器件为三端单片开关电源，是一 种将PWM和MOSFET合二为一的新型集成芯片。 具有自身偏置和保护功能的变换器，用线性控制电流来改变占空比，利用CMOS和集成尽可能多的功能实现高效率。与普通线性稳压电源相比其
5、优点为体积小、重 量轻,并且密度高、价格低。采用它制作高频开 关电源，不仅简化了电路，同时可以改善电源的电磁兼容性能，且降低了制作成本。,2、性能特点 1）、TOPSwitch-II内部包括振荡器、误差放大器、脉宽调制器、门电路、高压功率开关管（MOSFET）、偏置电路、过流保护电路、过热保护及上电复位电路、关断自动重启动电路。它通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，使用安全可靠。它属于漏极开路输出的电流控制型开关电源。由于采用CMOS电路，使器件功耗显著降低。 2）、只有三个引出端：控制端C、源极S、漏极D，可同三端线性稳压器相媲美，能以最简方式构成无工频变压器的反激式开关电源。 3）、输入
6、交流电压的范围极宽。可输入固定电压220V15%交流电，也可选择85265V宽范围变化的交流电。,4）、效率高、外围电路简单，成本低廉。,TOPSwitch系列的产品分类及最大输出功率,返回目录,四、基于TOPSwitch开关电源设计,1、设计方案选择 常见的隔离开关电源有正、反激型变换器。主变压器方面, 正激的需增加消磁绕组, 当然也有的用增加两个二极管在主绕组进行消磁,。正激式输出电压受占空比的调制幅度，相对于反激式来说要低很多。输出方面反激式不用增加输出储能电感, 因为能量能储存在次级线圈中.。正激式须增加输出储能电感, 且整流部分需增加续流二极管.。 由此可以看出反激式在制作小功率开关
7、电源, 成本低, 调试相对简单些, 所以在小功率电源中常用。,2、输入整流滤波电路设计 输入整流滤波电路包括输入交流滤波、整流、电容稳压三部分。交流滤波主要是滤除交流输入端的共模干扰和差模干扰。,3、钳位保护电路设计每个开关周期内，TOPSwitch的关断将导致变压器漏感产生尖峰电压。钳位保护电路由TVS和SRD构成。其中， TVS为瞬态电压抑制器，它是一种新型的过电压保护器件，在承受瞬态高能量电压时，能迅速反向击穿，由高阻态变成低阻态，并把干扰脉冲钳位于规定值，从而保证电子元器件不受损坏。 SRD称为阻塞二极管，一般选用快恢复二极管。 TVS和SRD的选择由反射电压VOR决定，VOR推荐值为
8、135V。 TVS的钳位电压V 由经验公式V=1.5VOR得出; SRD的耐压值应大于整流后的最大电压值。,4、高频变压器设计在单端反激式开关电源中，高频变压器既是储能元件又是传递能量的主体，设计的主要参数包括初级电感量LP，变压器变比 N，初、次级绕组匝数NP、NS和反馈绕组匝数 NF 以及各绕组导线线径等。设计变压器是一重复计算的过程。初级电感需要一次又一次的计算。为了降低设计的工作量，可用PI公司开发的开关电源设计软件或者PI提供 的设计变压器表格。,5、输出整流滤波电路设计输出整流滤波电路由整流二极管和滤波电容构成，输出整流二极管的开关损耗占系统损耗的六分之一到五分之一，是影响开关电源
9、效率的主要因素。肖特基二极管是近年来间世的低功耗、大电流、超高速半导体器件，由于其反向恢复时间极短(可以小到几纳秒)，正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流可达到几千安培。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。因此适合作为开关电源中的低压整流管。,6、反馈电路设计 TOPSwitch是一个自偏置和自保护的电流占空比线性控制转换器，漏极开路式输出。内部mosfet输出脉冲的占空比随着控制极电流的增加而线性减少。在控制方式上，我们采用光耦+TL431。TL431作为外部放大器，采样电压通过R103、R104连接5v输出分压得到。采样电压与基准电压比较。当输出电压超过5V时，通过光耦增加控制端电流
10、IC，占空比D减小，使输出U0减小。从而达到稳压的目的。 光耦合器的作用是隔离、线性模式。IC必须工作在26mA。因此光耦合器的电流传输比CTR应选取适当。如果CTR太小，那么占空比将不会随着反馈电流的减小而增加。如果CTR太大,很容易工作在非线性区域，因而使TOPSwitch工作异常。通常,推荐100% 300%。,7、系统装配测试,试验结果表明开关电源能够稳定的工作在110V220V之间（交流和直流）；在额定输入电压220V交流电时，系统的效率值是70%；在额定负载，当输入电压从85V交流调整为265V时，输出电压调整率:Sv =V / Vo = 0.5%;当输入额定电压时，当负载从10%调整到100%负载调整率:Si =V / Vo = 1%(V是输出电压的变化),可以看出该系统可以达到正常的工作特性。,返回目录,五、总结,开关电源的研究是电力电子技术的一个重要研究方向，开关电源的设计涉及到电力电子技术多方面的知识。本文采用TOP223设计出了一种多路输出单端反激式开关电源并给出了设计方法。论文针对开关电源设计的各部分电路分别进行了分析和设计。,选择TOPSwitch设计小功率开关电源时还是非常经济实惠的,是啊！是啊！,2012年11月27日,Thank You !,再次感谢各位专家！ 请批评指正！,
