开关电源的快速设计法%河北科技大学沙占皮来鲷武又栗选择曲线。通过这些曲线，可快速选择TOPSwitch-FX芯片、估算电源效率和芯片功耗。文中还给出2个应用实例。对于宽范围输入情况，给出一些典型值。文尾提出一些设计注意事项和提高开关电源性能指标的方针。

　　TOPSwitch-FX属于具有高性价比的5端单片开关电源。下面介绍利用特性曲线快速选择TOPSwitch-FX芯片并估算电源效率T和芯片功耗Pd的方法。通常情况下，T）和PD只能等设计后期甚至调试样机时才能得到。因此，快速设计法可作为设计单片开关电源的重要工具。

　　TOPSwitch-FX系列产品在宽范围输入条件下，当Uf +svdizv时，芯片功耗（P丨））与电源效率（T））、输出功率（Pt>）的关系曲线，分别如、所示。这里假定条件为开关频率f=30kHz，uAC=85265V，UAl'mm=85V，输入滤波电容C丨N两端新器件新技术宽范围输入、12V输出时PD与n，p.的关系曲线的平均电压Ux' =105V（峰值为120V、谷值为9￥），（：，的容童按3pF/W的比例系数选取，感应电压UK=135V，漏极钳位电压UU=200V.输出整流管采用肖特基二极管。TOPSwhch-FX在额定输出时的*低结温弋=10（TC.图中，横坐标代表P（>，纵坐标代表T）。所给出的3条实线依次对应于TOP232TOP234的电源效率；虚线则表示芯片功耗的等值线。

　　2.固定输入时P ti，P.的关系曲线TOPSwUch-FX系列产品在固定输人条件下，当U=+5V，+12V时，PD与r，P.的关系曲线，分别如、所示。这里假定um. 19511；）（'=250￥（峰值为275￥、谷值为230V），CIN的容量按lpF/W的比例系数选取。其余条件同上。

　　3.快速选择曲线的使用方法利用上述曲线能快速选择TOPSwitch-FX芯片，并得到电源效率和功耗的估计值，也为选择散热器提供了依据。由于这些曲线反映了f，T）和L固定输入、5V输出时PD与n，P的关系曲线新件新技术参数的内在联系，因此，所得到的估计值是可信的。

　　使用快速选择曲线的方法如下：根据预先确定好的U和U值，选择适用的特性曲线；从横坐标出预期的输出功率点（P.）；沿此功率点垂直向上移动，直到与第1条实曲线相交；读出该交点对应于纵坐标的电源效率值；确定该效率值是否满足设计要求，如不满足，再向上移动找其余曲线；从虚线（等值线）上读出所选芯片的功耗P，供设计散热器时。

　　须要指出，设计人员所预期的输出功率值可能对应于几种不同型号的芯片。此时从横坐标垂直上移时所遇到的第1条实曲线，就代表输出功率*小、成本*低的TOPSwitch-FX芯片；遇到的*后1条实曲线，则表示功率*大、效率*篼、价格较贵的芯片。应根据实际情况合理地选择。

　　例1设计1个宽范围输人，输出为5V、30W的开关电源。

　　从所示曲线上可以出，当P只能选TOP234芯片。此时交点所对应的电源效例2设计1个宽范围输人，输出为12V、13W的电源适配器。

　　=3W的芯片型号有2种。TOP232和TOP233.所不同的是选择TOP232时，7=765=1.5W；若选TOP233，则=82.70=0.75W.考虑到电源适配器密封在塑料盒内，散热条件较差，要求T，　　表1宽范围输入时关键元件的典型参数参数名称符号/单位频变压器*大初级电感高频变Hi器初级泄漏电感次级开路时高频变压器的谐振频率初级线圈直流电阻次级线圈直流电阻磁芯损耗三、设计注意事项在于提供设计开关电源的正确途径，所得到的P，和T）参数均为估计值。*终能否达到设计指标，还受诸多因素的影响。下面阐述设计过程中的一些注意事项。

　　降低开关电源性能指标的主要因素绘制快速选择曲线时，假定交流电源为纯净的正弦波。当电网波形有严重失真时，会导致整流滤波后的U，降低，有可能使芯片欠压保护。此时应增大输人滤波电容CIN的容量，或者降低P值。

　　受制造工艺的限制，高频变压器的初级电感量U可能有较大的偏差。当LP过大时，会导致初级脉动电流与峰值电流的比值KRP过低，通常取KRP>0.4.若过低，初级的峰值电流IP和有效值电流IRMS会增大，可能造成未加*大负载时芯片已提前进行过流保护。

　　低压输出时要求输出滤波电容Ct）UT的等效串联电阻必须很低，以免增加次级损耗。

　　为提高电源效率，必须减小高频变压器的初级漏感Lp.正确的设计应使Lro/LP=l%1.5%.否则，应改进高频变压器的结构和制造工艺。测量时，应先把次级绕组短路，再用数字电感表或RLC自动测量仪测量初级绕组两端的漏感量。

　　开关电源的效率愈低，表明芯片功耗愈大。

　　当效率过低时有可能从快速曲线上查不到任何1条实曲线，此时虚线亦失效。这证明设计不合理，须重新设计。

　　初级感应电压UK对电源效率有很大影响。UR太高，不仅会增加钳位保护电路的功耗，还容易烧毁钳位二极管，使之击穿后短路，进而损坏TOPSwhch-FX芯片。另外，I过低，会降低输出功率。

　　提高开关电源性能指标的方法U）前面提到CIN的每瓦电容量推荐值，只是能满足设计指标并降低电容器成本的基本条件。但就电源效率和C1N的使用寿命而言，适当提高每瓦的电容量值，定能达到更好的性能指标，只是CIN的容量增大了，成本也会提高。

　　若已确信开关电源总处于低压输人情况，可适当提高钳位电压U，和感应电压UK.这样虽然会增大次级峰值电流Isp，却能提高总的电源效率并降低芯片功耗。令输出整流管的反向耐压值为U（BR，有下述关系式：Ul）K个?D?IKMS?T，mm相独立的*大输出功率值。一个是通过设定工作参数（例如Dm，I'I.1M1T）而得到的；另一个是由芯片*低结温所决定的热状态下*大输出功率。快速选择曲线未考虑的限制，而后者可能使设计的输出功率低于芯片*大输出功率，此时，可相应增加初级电感量并改善散热条件。设计电源适配器时，通过减小KKP值能够降低芯片的功耗。

　　使用快速选择曲线的条件之一是TOPSwitch-FX在100X结温下工作。如能在较低的结温下工作，会改善其输出特性。此外，增加散热器的有效散热面积，也有助于提高电源效率和输出功率。