TOPSwitch器件在電源中的應(yīng)用

31降壓型（BUCK）功率變換電路

　　TOPSwitch器件在降壓型功率變換電路中的使用如圖4(a)所示。降壓型功率變換電路是最簡(jiǎn)單的PWM型DC/DC功率變換電路，動(dòng)態(tài)特性較好。但是，降壓型功率變換電路的缺點(diǎn)是輸入電流為脈動(dòng)的，極易產(chǎn)生電磁干擾；穩(wěn)態(tài)電壓比小于1，故只能降壓不能升壓，且只能提供單個(gè)輸出，不能提供多路輸出。

32升壓型（BOOST）功率變換電路

　　TOPSwitch器件在升壓型功率變換電路中的使用如圖4(b)所示。同降壓型功率變換電路相比，升壓型功率變換電路輸入電流是連續(xù)的，輸入源的電磁干擾減輕了。但是升壓型功率變換電路輸出側(cè)電流是脈動(dòng)的，輸出紋波較大；升壓型功率變換電路只能升壓而不能降壓；同樣只能提供單個(gè)輸出，不能提供多路輸出。

33正激式（FORWARD）功率變換電路

　　TOPSwitch系列器件在正激式功率變換電路中的應(yīng)用如圖4(c)所示。正激式功率變換電路是具有直流隔離的降壓型功率變換電路。由于加入了變壓器，正激式功率變換電路不但實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出的直流隔離，而且不再受降壓型功率變換電路輸出電壓小于輸入電壓的限制，并可提供多路電壓輸出。

34反激式（FEEDBACK）功率變換電路

　　TOPSwitch系列器件在反激式功率變換電路中的應(yīng)用如圖4(d)所示。反激式功率變換電路同樣具有直流隔離功能。反激式功率變換電路中的變壓器，除

圖4TOPSwtich在不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功率變換電路中的應(yīng)用

（a)BUCK(b)BOOST(c)FORWARD(d)FEEDBACK

了起隔離作用之外，還具有儲(chǔ)能的功能。理想情況下，初級(jí)和次級(jí)線圈中不會(huì)同時(shí)有電流存在。反激式功率變換電路輸出電壓不受輸入電壓的限制，亦可提供多路電壓輸出。

　　在設(shè)計(jì)脫線、隔離式開關(guān)電源時(shí)，圖4(d)所示反激式功率變換電路相對(duì)而言是一個(gè)最優(yōu)的選擇。

　　出于安全性的考慮，脫線式功率變換電路一定要用變壓器將初、次級(jí)相互隔離。此外，大多數(shù)功率變換電路還需要電感來(lái)存儲(chǔ)能量并作為輸出脈寬調(diào)制波形的低通濾波器。反激式功率變換電路則不需要額外的電感，因?yàn)殡娐分械淖儔浩骺赏瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)直流隔離、能量存儲(chǔ)和電壓轉(zhuǎn)換的功能，所以相對(duì)于其他隔離式功率變換電路，反激式變換電路的元器件數(shù)目，特別是磁性元件的數(shù)目最少，在小功率應(yīng)用中，成本低廉，頗具吸引力。不過(guò)，當(dāng)功率達(dá)到100W，輸出電流接近10A后，電路元器件所承受應(yīng)力的增大，使成本迅速增加，系統(tǒng)總成本可能會(huì)高于其他電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　若在反激式功率變換電路的變壓器上增加“反饋”線圈，則可直接得到與輸出電壓成正比的反饋電壓。這表示在初級(jí)電路中即可實(shí)現(xiàn)對(duì)次級(jí)電路的控制，不需要在初級(jí)電路和次級(jí)電路中使用光電耦合器或其他隔離的控制設(shè)備。反激功率變換電路中的變壓器，從嚴(yán)格意義上講只是相互耦合的電感。由于耦合電感直接牽涉到電、磁能量的轉(zhuǎn)換，所以磁性元件和磁路的設(shè)計(jì)，特別是變壓器的設(shè)計(jì)十分復(fù)雜。美國(guó)功率集成公司針對(duì)反激式功率變換電路對(duì)TOPSwitch器件進(jìn)行了優(yōu)化，并提供了EXCEL電子表格來(lái)設(shè)計(jì)反激式開關(guān)電源開發(fā)軟件，下一節(jié)介紹的就是應(yīng)用EXCEL電子表格來(lái)設(shè)計(jì)反激式開關(guān)電源的實(shí)例。

4應(yīng)用EXCEL電子有格來(lái)設(shè)計(jì)反激式開關(guān)電源

　　應(yīng)用EXCEL電子表格設(shè)計(jì)反激式開關(guān)電源是美國(guó)功率集成公司為引導(dǎo)設(shè)計(jì)師按給定系統(tǒng)的要求和規(guī)格，采用TOPSwitch系列器件求得滿意結(jié)果的電源設(shè)計(jì)而提出的一種方案。

　　脫線式開關(guān)電源設(shè)計(jì)，涉及電子工程領(lǐng)域的許多內(nèi)容：模擬和數(shù)字電路、二極管和MOS功率器件的特性、磁學(xué)、熱的考慮、安全要求、控制環(huán)路的穩(wěn)定性等等，因此，設(shè)計(jì)開關(guān)電路需要考慮大量相互之間關(guān)系復(fù)雜的設(shè)計(jì)變量。然而，由于TOPSwitch的高度集成性，許多設(shè)計(jì)問(wèn)題已在芯片之內(nèi)得到了解決。芯片外部需解決問(wèn)題極少，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所需考慮的變量數(shù)目大大減少。加上TOPSwitch內(nèi)建環(huán)路穩(wěn)定性很高，所以，不但開關(guān)電源的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了，而且使得程序化設(shè)計(jì)成為可能。

　　開關(guān)電源的設(shè)計(jì)過(guò)程，本質(zhì)上就是對(duì)系統(tǒng)變量進(jìn)行反復(fù)計(jì)算和調(diào)整，使系統(tǒng)最優(yōu)化的過(guò)程。而在反激式功率變換電路中，需要反復(fù)計(jì)算的公式相對(duì)來(lái)說(shuō)不太復(fù)雜。如果使用電子數(shù)據(jù)表格，那么設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的開關(guān)電源的時(shí)間可縮短到10分鐘。

　　表1是美國(guó)功率集成公司提供的可在個(gè)人電腦（PC）上的EXCEL程序中運(yùn)行的電子數(shù)據(jù)表格。運(yùn)用該電子表格，反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)所需計(jì)算的公式全部可由計(jì)算機(jī)來(lái)完成，具體步驟如下：

　　（1）根據(jù)應(yīng)用的要求和所使用的變壓器，選擇TOPSwitch器件以及所采用的電路（可從四種電路中任選一種，本例為反激式）。

　?。?）確定輸入變量的估計(jì)值，將其填入電子表格，得到中間參數(shù)和輸出參數(shù)的值。

　?。?）改變輸入變量值反復(fù)進(jìn)行計(jì)算，直到所選擇的輸出參數(shù)值滿足要求。

　　表中的B列填入輸入變量的值，C列和D列顯示中間參數(shù)和輸出參數(shù)的值，最終的輸出參數(shù)的值在D列。其中Krp是美國(guó)功率集成公司引入的一個(gè)新變量，定義為初級(jí)電路的電流紋波和電流峰值的比值，用來(lái)描述TOPSwitch漏極電流波形，以簡(jiǎn)化計(jì)算。

　　對(duì)于特定的應(yīng)用和變壓器，表中23個(gè)變量中的20個(gè)反復(fù)計(jì)算時(shí)是保持不變的。只有次級(jí)線圈圈數(shù)的Ns,電流紋波和峰值的比值Krp和初級(jí)繞組層數(shù)L三個(gè)變量在重復(fù)過(guò)程中需要改變?nèi)≈怠?p>　　所有參數(shù)在重復(fù)計(jì)算時(shí)，需要對(duì)最大磁通量密度Bm，氣隙長(zhǎng)度Lg，初級(jí)載流量CMA三個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢查，判斷取值是否滿足要求。至于其他的參數(shù)，則是中間值或者是最終結(jié)果，供選擇或制造元器件的時(shí)候使用。

　　應(yīng)用電子表格進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不斷改變Ns，Krp，L的值進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，最后當(dāng)Bm，Lg，CMA均滿足要求時(shí)，一個(gè)基本的TOPSwitch反激式變壓器的設(shè)計(jì)就完成了。按此設(shè)計(jì)出的電源一般可以正常工作，在電源輸入電壓達(dá)到最小值時(shí)，功率傳輸比可達(dá)最大值。