單片開關(guān)電源設(shè)計概述及程序流程圖
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1設(shè)計概述
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/179545.htm自從20世紀90年代以來，各種單片開關(guān)電源集成電路競相問世，現(xiàn)已形成TOPSwitch、TOPSwitch并頡TOPSwitchFX、TOPSwitchGX、TinySwitch和TinySwitchII六大系列近百種型號。它們具有高集成度、高性價比、最簡外圍電路、最佳性能指標等顯著優(yōu)點，現(xiàn)已成為國際上開發(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)電源不僅在整機電路設(shè)計、高頻變壓器設(shè)計、反饋電路、保護電路和關(guān)鍵元器件的選擇方面有許多獨到之處，而且特別適合用計算機來完成整個開關(guān)電源的設(shè)計工作，這已成為國際電源領(lǐng)域的一項新技術(shù)。由美國PI（PowerIntegrations）公司開發(fā)的PIExpert軟件正是采用了這項技術(shù)。但是，該軟件沒有作為商品對外出售，所贈送的光盤也對軟件的安裝使用次數(shù)以及運行時間進行了嚴格限制，軟件的原代碼更列為公司的最高機密。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)品各對應(yīng)于一套專門的軟件，并且只能對現(xiàn)有產(chǎn)品進行設(shè)計。因此，也給用戶使用帶來一些不便之處。
為解決上述問題，促使這項新技術(shù)能夠在國內(nèi)迅速推廣應(yīng)用，我們在參考PIExpert的基礎(chǔ)上，利用VisualBasic（以下簡稱VB）語言獨立開發(fā)出通用性很強的KDPExpert專家系統(tǒng)，為開關(guān)電源設(shè)計人員提供了一套功能強大而又簡便實用的設(shè)計軟件。該軟件不僅適用于TOPSwitch、TOPSwitch并頡TOPSwitchFX和TOPSwitchGX系列，還為將來問世的新產(chǎn)品預(yù)留出足夠的接口。本講座詳細闡述利用計算機設(shè)計單片開關(guān)電源的新技術(shù)以及KDPExpert軟件的設(shè)計思想，設(shè)計方法、界面風格和使用指南。為了敘述方便，下面統(tǒng)一用TOPSwitch來表示TOPSwitch、TOPSwitch并頡TOPSwitchFX和TOPSwitchGX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，由于儲存在高頻變壓器的能量在每個開關(guān)周期內(nèi)并未全部釋放掉，因此下一個開關(guān)周期具有一個初始能量。采用連續(xù)模式可減小初級峰值電流IP和有效值電流IRMS，降低芯片的功耗。但連續(xù)模式要求增大初級電感量LP，這會導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。這就意味著儲存在高頻變壓器中的能量必須在每個開關(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。
它們的簡化電路如圖2所示。
圖2（a）為基本反饋電路，其優(yōu)點是電路簡單，成本低廉，適于制作小型化、經(jīng)濟性開關(guān)電源；其缺點是穩(wěn)壓性能較差，電壓調(diào)整率SV=±1.5％～±2.5％，負載調(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f=130kHz時，Δf=±4kHz；當f=65kHz時，Δf=±2kHz。
| 參數(shù)名稱 | 符號及單位 | 產(chǎn)品型號 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 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 | 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) | |||||
| 自動重啟動頻率 | fAR(Hz) | 1.2 | 1.0 | 1.0 | ||
| 自動重啟動占空比 | 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 |
| 前沿閉鎖時間 | ILEB(ns) | 180 | 215 | 215 | 200 | 220 |
| 熱關(guān)斷溫度 | TOFF(℃) | 135 | 135 | 135 | 135 | 140 |
| 上電復位閾值電壓 | UC(RESET)(V) | 3.3 | 3.3 | 3.0 | ||
| 漏蒼吹紀ǖ繾瑁Tj=25℃） | RDS(ON)(Ω) | 2.6 | 23 | 15.6 | 5.2 | 1.3 |
| 軟啟動時間 | tSOFT(ms) | 10 | 10 | |||
| 線路欠壓閾值電流 | IUV(μA) | 50 | 50 | |||
| 線路過壓閾值電流 | IOV(μA) | 225 | 225 | |||
| 多功能端電壓（IM=50μA） | UM(V) | 2.60 | 2.50 | |||
| 線路檢測端電壓(IL=50μA) | UL(V) | 2.50 | ||||
| 極限電流設(shè)定端電壓（IX=50μA) | 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(μA) | 22 | 40 | |||
| 遙控開/關(guān)閾值電流 | IREM(μA) | －35 | －27 | |||
| 遙控開啟延遲時間 | IR(ON)(μs) | 2.5 | 2.5 | |||
| 遙控關(guān)斷延遲時間 | IR(OFF)(μs) | 2.5 | 2.5 | |||
| 極限電流衰減因數(shù) | KI | 0.4～1.0 | 0.3～1.0 | |||
| 頻率抖動調(diào)制速率 | fM(次/s) | 250 | 250 | |||
| 頻率抖動偏移量 | Δf(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
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