利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)單片開關(guān)電源

1、文檔供參考，可復(fù)制、編制，期待您的好評(píng)與關(guān)注！ 利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)單片開關(guān)電源時(shí)間：2009-11-21 01:13:27  來源：  作者：  第一講 單片開關(guān)電源設(shè)計(jì)概述及程序流程圖1設(shè)計(jì)概述        自從20世紀(jì)90年代以來，各種單片開關(guān)電源集成電路競(jìng)相問世，現(xiàn)已形成TOPSwitch、TOPSwitch? 、TOPSwitch?睩X、TOPSwitch?睪X、TinySwitch和TinySwitch?睮I六大系列近百種型號(hào)。它們具有高集成度、高性價(jià)比、最

2、簡(jiǎn)外圍電路、最佳性能指標(biāo)等顯著優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為國(guó)際上開發(fā)250W以下中、小功率開關(guān)電源、精密開關(guān)電源及電源模塊的優(yōu)選集成電路。         單片開關(guān)電源不僅在整機(jī)電路設(shè)計(jì)、高頻變壓器設(shè)計(jì)、反饋電路、保護(hù)電路和關(guān)鍵元器件的選擇方面有許多獨(dú)到之處，而且特別適合用計(jì)算機(jī)來完成整個(gè)開關(guān)電源的設(shè)計(jì)工作，這已成為國(guó)際電源領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)。由美國(guó)PI（PowerIntegrations）公司開發(fā)的PIExpert軟件正是采用了這項(xiàng)技術(shù)。但是，該軟件沒有作為商品對(duì)外出售，所贈(zèng)送的光盤也對(duì)軟件的安裝使用次數(shù)以及運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行了嚴(yán)格限

3、制，軟件的原代碼更列為公司的最高機(jī)密。此外，PIExpert軟件亦存在某些不足之處，突出表現(xiàn)在每種系列產(chǎn)品各對(duì)應(yīng)于一套專門的軟件，并且只能對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(xiàng)新技術(shù)能夠在國(guó)內(nèi)迅速推廣應(yīng)用，我們?cè)趨⒖糚IExpert的基礎(chǔ)上，利用 VisualBasic（以下簡(jiǎn)稱VB）語言獨(dú)立開發(fā)出通用性很強(qiáng)的KDPExpert專家系統(tǒng)，為開關(guān)電源設(shè)計(jì)人員提供了一套功能強(qiáng)大而又簡(jiǎn)便實(shí)用的設(shè)計(jì)軟件。該軟件不僅適用于TOPSwitch、TOPSwitch?并頡

4、?TOPSwitch?睩X和TOPSwitch?睪X系列，還為將來問世的新產(chǎn)品預(yù)留出足夠的接口。本講座詳細(xì)闡述利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)單片開關(guān)電源的新技術(shù)以及KDPExpert軟件的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)方法、界面風(fēng)格和使用指南。為了敘述方便，下面統(tǒng)一用TOPSwitch來表示TOPSwitch、TOPSwitch?并頡?TOPSwitch?睩X和TOPSwitch?睪X系列。2單片開關(guān)電源的兩種工作模式單片開關(guān)電源有兩種基本工作模式：一種是連續(xù)模式CUM（ContinuousMode），另一種是不連續(xù)模式  圖1兩種模式的開關(guān)電流波形（a）連續(xù)模式（b）不連續(xù)模式DUM（DiscontinuousM

5、ode）。這兩種模式的開關(guān)電流波形分別如圖1（a）及圖1（b）所示。由圖可見，在連續(xù)模式下，初級(jí)開關(guān)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(guān)電流波形呈梯形。這表明在連續(xù)模式下，由于儲(chǔ)存在高頻變壓器的能量在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)并未全部釋放掉，因此下一個(gè)開關(guān)周期具有一個(gè)初始能量。采用連續(xù)模式可減小初級(jí)峰值電流IP和有效值電流IRMS，降低芯片的功耗。但連續(xù)模式要求增大初級(jí)電感量LP，這會(huì)導(dǎo)致高頻變壓器的體積增大。綜上所述，連續(xù)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(xù)模式的開關(guān)電流是從零開始上升到峰值，再降至零的。這就意味著儲(chǔ)存在高頻變壓器中的能量必須在每個(gè)開

6、關(guān)周期內(nèi)完全釋放掉，其開關(guān)電流波形呈三角形。不連續(xù)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(guān)電源反饋電路的四種基本類型單片開關(guān)電源的電路可以千變?nèi)f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(jìn)型基本反饋電路；（3）配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路；（4）配TL431的光耦反饋電路。它們的簡(jiǎn)化電路如圖2所示。圖2（a）為基本反饋電路，其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，成本低廉，適于制作小型化、經(jīng)濟(jì)性開關(guān)電源；其缺點(diǎn)是穩(wěn)壓性能較差，電壓調(diào)整率SV=±1.5±2.5，負(fù)載調(diào)整率SI±

7、5。  圖2反饋電路的四種基本類型（a）基本反饋電路（b）改進(jìn)型基本反饋電路（c)配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路(d)配TL431的光耦反饋電路當(dāng)f=130kHz時(shí)，f=±4kHz；當(dāng)f=65kHz時(shí)，f=±2kHz。 參數(shù)名稱 符號(hào)及單位 產(chǎn)品型號(hào) TOP227Y TNY255P/G TNY256P/G TNY234P/Y/G TOP249Y 開關(guān)頻率 f(kHz) 100 130 130 130/65 132/66 最大占空比 Dmax() 67 67 66 78 78 最小占空比 Dmin() 1.7 1.5 脈寬調(diào)制增益 K(mA) 16 22 23 控制端電壓

8、UC(V) 5.7 5.8 5.8 使能端電壓 UEN(V) 1.45 1.45 旁路端電壓 UBP(V) 5.8 5.8 狀態(tài)控制端開啟電壓 USCI(ON)(V) 自動(dòng)重啟動(dòng)頻率 fAR(Hz) 1.2 1.0 1.0 自動(dòng)重啟動(dòng)占空比 DAR() 5 4 4 漏極極限電流 ILIMIT(A) 3.00 0.280 0.500 1.500 5.40 漏?蒼椿鞔繆棺钚? U(BR)DS(V) 700 700 700 700 700 最大輸出功率（固定輸入） POM(W) 150 10 19 75 250 前沿閉鎖時(shí)間 ILEB(ns) 180 215 215 200 220 熱關(guān)斷溫度 TO

9、FF() 135 135 135 135 140 上電復(fù)位閾值電壓 UC(RESET)(V) 3.3 3.3 3.0 漏?蒼吹紀(jì)繾瑁j=25） RDS(ON)() 2.6 23 15.6 5.2 1.3 軟啟動(dòng)時(shí)間 tSOFT(ms) 10 10 線路欠壓閾值電流 IUV(A) 50 50 線路過壓閾值電流 IOV(A) 225 225 多功能端電壓（IM=50A） UM(V) 2.60 2.50 線路檢測(cè)端電壓(IL=50A) UL(V) 2.50 極限電流設(shè)定端電壓（IX=50A) UX(V) 1.33 開關(guān)頻率選擇端閾值電壓 UF(V) 2.9 2.9 開關(guān)頻率選擇端輸入電流 IF(A)

10、 22 40 遙控開/關(guān)閾值電流 IREM(A) 35 27 遙控開啟延遲時(shí)間 IR(ON)(s) 2.5 2.5 遙控關(guān)斷延遲時(shí)間 IR(OFF)(s) 2.5 2.5 極限電流衰減因數(shù) KI 0.41.0 0.31.0 頻率抖動(dòng)調(diào)制速率 fM(次/s) 250 250 頻率抖動(dòng)偏移量 f(kHz) ±5 ±4/±2 ±4/±2表1單片開關(guān)電源典型產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)圖2（b）為改進(jìn)型基本反饋電路，只需增加一只穩(wěn)壓管VDZ和電阻R1，即可使負(fù)載調(diào)整率達(dá)到±2。VDZ的穩(wěn)定電壓一般為22V，必須相應(yīng)增加反饋繞組的匝數(shù)，以獲得較高的反饋電壓U

11、FB，滿足電路的需要。圖2（c）是配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路。由VDZ提供參考電壓UZ，當(dāng)輸出電壓UO發(fā)生波動(dòng)時(shí)，在光耦內(nèi)部的 LED上可獲得誤差電壓。因此，該電路相當(dāng)于給TOPSwitch增加一個(gè)外部誤差放大器，再與內(nèi)部誤差放大器配合使用，即可對(duì)UO進(jìn)行調(diào)整。這種反饋電路能使電壓調(diào)整率達(dá)到±1以下。圖2（d）是配TL431的光耦反饋電路，其電路較復(fù)雜，但穩(wěn)壓性能最佳。這里用TL431型可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器來代替普通的穩(wěn)壓管，構(gòu)成外部誤差放大器，進(jìn)而對(duì)UO作精細(xì)調(diào)整，可使電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率均達(dá)到±0.2，能與線性穩(wěn)壓電源相媲美。這種反饋電路適于構(gòu)成精密開關(guān)電源。在設(shè)計(jì)單片開

12、關(guān)電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來選擇合適的反饋電路，才能達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。4單片開關(guān)電源典型產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)詳見表1。5用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)單片開關(guān)電源的程序流程圖設(shè)計(jì)高性價(jià)比的開關(guān)電源，所涉及的知識(shí)面很廣。設(shè)計(jì)人員不僅要掌握各種TOPSwitch系列產(chǎn)品的工作原理和應(yīng)用電路，還必須了解有關(guān)通用及特種半導(dǎo)體器件、模擬與數(shù)字電路、電磁兼容性、熱力學(xué)等方面的知識(shí)。按照傳統(tǒng)方法，開關(guān)電源要全部靠人工設(shè)計(jì)，不僅工作量大，效率低，而且因設(shè)計(jì)時(shí)的變量多，難于準(zhǔn)確估算，使得設(shè)計(jì)結(jié)果與實(shí)際情況相差較大，還需多次反復(fù)修正。單片開關(guān)電源的問世，使開關(guān)電源的設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。而利用計(jì)算機(jī)來設(shè)計(jì)開關(guān)電源，還能充分發(fā)揮高

13、科技的優(yōu)勢(shì)，極大地減輕設(shè)計(jì)人員的工作量并可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)。開關(guān)電源的優(yōu)化設(shè)計(jì)是由三部分組成的：（1）一組完整的程序流程圖；（2）一套簡(jiǎn)單實(shí)用的設(shè)計(jì)程序；（3）一套正確的“電子數(shù)據(jù)表格”。表中的信息包括輸入數(shù)據(jù)（已知條件）、中間變量和最終結(jié)果。  圖3開關(guān)電源的基本電路  圖4設(shè)計(jì)步驟111的程序流程圖  圖5設(shè)計(jì)步驟1224的程序流程圖  圖6設(shè)計(jì)步驟2535的程序流程圖全部計(jì)算過程就是用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。設(shè)計(jì)完畢時(shí)，電子數(shù)據(jù)表格也就自動(dòng)生成了。上述過程可用程序流程圖形象地表示出來。由TOPSwitch構(gòu)成開關(guān)電源的基本電路如圖3所示。下面就以該電路為例，介紹用計(jì)算機(jī)設(shè)