1設(shè)計(jì)概述

自從20世紀(jì)90年代以來(lái)，各種單片開關(guān)電源集成電路競(jìng)相問(wèn)世，現(xiàn)已形成TOPSwitch、TOPSwitch?? Ⅱ、TOPSwitch?FX、TOPSwitch?GX、TinySwitch和TinySwitch?II六大系列近百種型號(hào)。它們具有高集成度、高性價(jià)比、最簡(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(lái)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(méi)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(lái)一些不便之處。

為解決上述問(wèn)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(yǔ)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?TOPSwitch?FX和TOPSwitch?GX系列，還為將來(lái)問(wèn)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(lái)表示TOPSwitch、TOPSwitch?并頡?TOPSwitch?FX和TOPSwitch?GX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(DiscontinuousMode)。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≈±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)，Δf=±4kHz;當(dāng)f=65kHz時(shí)，Δf=±2kHz。

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UFB，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。