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作者：admin 發(fā)布日期：2014-07-05 11:09 信息來(lái)源：http://www.www.pcmenaggio.com
摘要：?jiǎn)纹?a href="http://www.www.pcmenaggio.com/cp/dcpower/NHTX/">通信開(kāi)關(guān)電源是國際上90年代才開(kāi)始流行的新型通信開(kāi)關(guān)電源芯片。本文闡述其快速設計方法。
在設計通信開(kāi)關(guān)電源時(shí)，首先面臨的問(wèn)題是如何選擇合適的單片通信開(kāi)關(guān)電源芯片，既能滿(mǎn)足要求，又不因選型不當而造成資源的浪費。然而，這并非易事。原因之一是單片通信開(kāi)關(guān)電源現已形成四大系列、近70種型號，即使采用同一種封裝的不同型號，其輸出功率也各不相同；原因之二是選擇芯片時(shí)，不僅要知道設計的輸出功率PO，還必須預先確定通信開(kāi)關(guān)電源的效率η和芯片的功率損耗PD，而后兩個(gè)特征參數只有在設計安裝好通信開(kāi)關(guān)電源時(shí)才能測出來(lái)，在設計之前它們是未知的。
下面重點(diǎn)介紹利用TOPSwitch－II系列單片通信開(kāi)關(guān)電源的功率損耗（PD）與電源效率（η）、輸出功率（PO）關(guān)系曲線(xiàn)，快速選擇芯片的方法，可圓滿(mǎn)解決上述難題。在設計前，只要根據預期的輸出功率和電源效率值，即可從曲線(xiàn)上查出最合適的單片通信開(kāi)關(guān)電源型號及功率損耗值，這不僅簡(jiǎn)化了設計，還為選擇散熱器提
η/％(Uimin=85V)
中圖法分類(lèi)號：TN86文獻標識碼：A文章編碼：02192713(2000)0948805
PO/W
圖1寬范圍輸入且輸出為5V時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線(xiàn)
圖2寬范圍輸入且輸出為12V時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線(xiàn)
圖3固定輸入且輸出為5V時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線(xiàn)
供了依據。
1TOPSwitch－II的PD與η、PO關(guān)系曲線(xiàn)
TOPSwitch－II系列的交流輸入電壓分寬范圍輸入（亦稱(chēng)通用輸入），固定輸入（也叫單一電壓輸入）兩種情況。二者的交流輸入電壓分別為Ui=85V～265V，230V±15％。
1．1寬范圍輸入時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線(xiàn)
TOP221～TOP227系列單片通信開(kāi)關(guān)電源在寬范圍輸入（85V～265V）的條件下，當UO=＋5V或者＋12V時(shí)，PD與η、PO的關(guān)系曲線(xiàn)分別如圖1、圖2所示。這里假定交流輸入電壓最小值Uimin=85V，最高
η/％(Uimin=85V)
η/％(Uimin=195V)
交流輸入電壓Uimax=265V。圖中的橫坐標代表輸出功率PO，縱坐標表示電源效率η。所畫(huà)出的7條實(shí)線(xiàn)分別對應于TOP221～TOP227的電源效率，而15條虛線(xiàn)均為芯片功耗的等值線(xiàn)（下同）。
1．2固定輸入時(shí)PD與η、PO的關(guān)系曲線(xiàn)
TOP221～TOP227系列在固定交流輸入（230V±15％）條件下，當UO=＋5V或＋12V時(shí)，PD與η、PO的關(guān)系曲線(xiàn)分別如圖3、圖4所示。這兩個(gè)曲線(xiàn)族對于208V、220V、240V也同樣適用�，F假定Uimin=195V,Uimax=265V。
2正確選擇TOPSwitch－II芯片的方法
利用上述關(guān)系曲線(xiàn)迅速確定TOPSwitch－II芯片型號的設計程序如下：
�。�1）首先確定哪一幅曲線(xiàn)圖適用。例如，當Ui=85V～265V，UO=＋5V時(shí)，應選擇圖1。而當Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V時(shí)，就只能選圖4；
�。�2）然后在橫坐標上找出欲設計的輸出功率點(diǎn)位置（PO）；
�。�3）從輸出功率點(diǎn)垂直向上移動(dòng)，直到選中合適芯片所指的那條實(shí)曲線(xiàn)。如不適用，可繼續向上查找另一條實(shí)線(xiàn)；
�。�4）再從等值線(xiàn)（虛線(xiàn)）上讀出芯片的功耗PD。進(jìn)而還可求出芯片的結溫（Tj）以確定散熱片的大��；
�。�5）最后轉入電路設計階段，包括高頻變壓器設計，外圍元器件參數的選擇等。
下面將通過(guò)3個(gè)典型設計實(shí)例加以說(shuō)明。
例1：設計輸出為5V、300W的通用通信開(kāi)關(guān)電源
通用通信開(kāi)關(guān)電源就意味著(zhù)交流輸入電壓范圍是85V～265V。又因UO=＋5V，故必須查圖1所示的曲線(xiàn)。首先從橫坐標上找到PO=30W的輸出功率點(diǎn)，然后垂直上移與TOP224的實(shí)線(xiàn)相交于一點(diǎn)，由縱坐標上查出該點(diǎn)的η=71.2％，最后從經(jīng)過(guò)這點(diǎn)的那條等值線(xiàn)上查得PD=2.5W。這表明，選擇TOP224就能輸出30W功率，并且預期的電源效率為71.2％,芯片功耗為2.5W。
若覺(jué)得η=71.2％的效率指標偏低，還可繼續往上查找TOP225的實(shí)線(xiàn)。同理，選擇TOP225也能輸出30W功率，而預期的電源效率將提高到75％，芯片功耗降至1.7W。
根據所得到的PD值，進(jìn)而可完成散熱片設計。這是因為在設計前對所用芯片功耗做出的估計是完全可信的。
例2：設計交流固定輸入230V±15％，輸出為直流12V、30W通信開(kāi)關(guān)電源。
圖4固定輸入且輸出為12V時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線(xiàn)
η/％(Uimin=195V)
圖5寬范圍輸入時(shí)K與Uimin′的關(guān)系
圖6固定輸入時(shí)K與Uimin′的關(guān)系
根據已知條件，從圖4中可以查出，TOP223是最佳選擇，此時(shí)PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。
例3：計算TOPswitch－II的結溫
這里講的結溫是指管芯溫度Tj。假定已知從結到器件表面的熱阻為RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外殼的熱阻Rθ1和外殼到散熱片的熱阻Rθ2)、環(huán)境溫度為T(mén)A。再從相關(guān)曲線(xiàn)圖中查出PD值，即可用下式求出芯片的結溫：
Tj=PD·RθA＋TA(1)
舉例說(shuō)明，TOP225的設計功耗為1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。設計時(shí)必須保證，在最高環(huán)境溫度TAM下，芯片結溫Tj低于100℃，才能使通信開(kāi)關(guān)電源長(cháng)期正常工作。
3根據輸出功率比來(lái)修正等效輸出功率等參數
3．1修正方法
如上所述，PD與η，PO的關(guān)系曲線(xiàn)均對交流輸入電壓最小值作了限制。圖1和圖2規定的Uimin=85V，而圖3與圖4規定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流輸入電壓最小值不符合上述規定，就會(huì )直接影響芯片的正確選擇。此時(shí)須將實(shí)際的交流輸入電壓最小值Uimin′所對應的輸入功率PO′，折算成Uimin為規定值時(shí)的等效功率PO，才能使用上述4圖。折算系數亦稱(chēng)輸出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在寬范圍輸入、固定輸入兩種情況下，K與U′min的特性曲線(xiàn)分別如圖5、圖6中的實(shí)線(xiàn)所示。需要說(shuō)明幾點(diǎn)：
�。�1）圖5和圖6的額定交流輸入電壓最小值Uimin依次為85V，195V，圖中的橫坐標僅標出Ui在低端的電壓范圍。
�。�2）當Uimin′>Uimin時(shí)K>1，即PO′>PO，這表明原來(lái)選中的芯片此時(shí)已具有更大的可用功率，必要時(shí)可選輸出功率略低的芯片。當Uimin′（3）設初級電壓為UOR，其典型值為135V。但在Uimin′<85V時(shí) ， 受 TOPSwitch－ II調 節 占 空 比 能 力 的 限 制 ， UOR會(huì ) 按 線(xiàn) 性 規 律 降 低 UOR′ 。 此 時(shí) 折 算 系 數 K="UOR′" /UOR<1。 圖 5和 圖 6中 的 虛 線(xiàn) 表 示 UOR′ /UOR與 Uimin′ 的 特 性 曲 線(xiàn) ， 利 用 它 可 以 修 正 初 級 感 應 電 壓 值 。
現將對輸出功率進(jìn)行修正的工作程序歸納如下：
�。�1）首先從圖5、圖6中選擇適用的特性曲線(xiàn)，然后根據已知的Uimin′值查出折算系數K。
�。�2）將PO′折算成Uimin為規定值時(shí)的等效功率PO，有公式
PO=PO′/K（2）
�。�3）最后從圖1～圖4中選取適用的關(guān)系曲線(xiàn)，并根據PO值查出合適的芯片型號以及η、PD參數值。
下面通過(guò)一個(gè)典型的實(shí)例來(lái)說(shuō)明修正方法。
例4：設計12V，35W的通用通信開(kāi)關(guān)電源
已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。從圖5中查出K=1.15。將PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，計算出PO=30.4W。再根據PO值，從圖2上查出最佳選擇應是TOP224型芯片，此時(shí)η=81.6％，PD=2W。
若選TOP223，則η降至73.5％,PD增加到5W，顯然不合適。倘若選TOP225型，就會(huì )造成資源浪費，因為它比TOP224的價(jià)格要高一些，且適合輸出40W～60W的更大功率。
3．2相關(guān)參數的修正及選擇
�。�1）修正初級電感量
在使用TOPSwitch－II系列設計通信開(kāi)關(guān)電源時(shí)，高頻變壓器以及相關(guān)元件參數的典型情況見(jiàn)表1，這些數值可做為初選值。當Uimin′LP′=KLP（3）
查表1可知，使用TOP224時(shí)，LP=1475μH。當K=1.15時(shí)，LP′=1.15×1475=1696μH。
表2光耦合器參數隨Uimin′的變化
最低交流輸入電壓Uimin(V) 85 195
LED的工作電流IF（mA） 3.5 5.0
光敏三極管的發(fā)射極電流IE（mA） 3.5 5.0
�。�2）對其他參數的影響
當Uimin的規定值發(fā)生變化時(shí)，TOPSwitch－II的占空比亦隨之改變，進(jìn)而影響光耦合器中的LED工作電流IF、光敏三極管發(fā)射極電流IE也產(chǎn)生變化。
