单片开关电源的快速设计法

摘要：单片开关电源是国际上90年代才开始流行的新型开关电源芯片。本文阐述其快速设计方法。

　　在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片，既能满足要求，又不因选型不当而造成资源的浪费。然而，这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号，即使采用同一种封装的不同型号，其输出功率也各不相同；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率PO，还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗PD，而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来，在设计之前它们是未知的。

　　下面重点介绍利用TOPSwitch－II系列单片开关电源的功率损耗（PD）与电源效率（η）、输出功率（PO）关系曲线，快速选择芯片的方法，可圆满解决上述难题。在设计前，只要根据预期的输出功率和电源效率值，即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值，这不仅简化了设计，还为选择散热器提

　　η/％(Uimin=85V)

　　中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编码：0219?2713(2000)09?488?05

　　PO/W

　　图1宽范围输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线

　　图2宽范围输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线

　　图3固定输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线

　　供了依据。

　　1TOPSwitch－II的PD与η、PO关系曲线

　　TOPSwitch－II系列的交流输入电压分宽范围输入（亦称通用输入），固定输入（也叫单一电压输入）两种情况。二者的交流输入电压分别为Ui=85V～265V，230V±15％。

　　1．1宽范围输入时PD与η，PO的关系曲线

　　TOP221～TOP227系列单片开关电源在宽范围输入（85V～265V）的条件下，当UO=＋5V或者＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值Uimin=85V，最高

　　η/％(Uimin=85V)

　　η/％(Uimin=195V)

　　交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221～TOP227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。

　　1．2固定输入时PD与η、PO的关系曲线

　　TOP221～TOP227系列在固定交流输入（230V±15％）条件下，当UO=＋5V或＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。

　　2正确选择TOPSwitch－II芯片的方法

　　利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch－II芯片型号的设计程序如下：

　　（1）首先确定哪一幅曲线图适用。例如，当Ui=85V～265V，UO=＋5V时，应选择图1。而当Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V时，就只能选图4；

　　（2）然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置（PO）；

　　（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用，可继续向上查找另一条实线；

　　（4）再从等值线（虚线）上读出芯片的功耗PD。进而还可求出芯片的结温（Tj）以确定散热片的大小；

　　（5）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，外围元器件参数的选择等。