TOPSwitchGX系列单片开关电源的快速设计法

对TOP243P而言，PD=0.7W时，Tjmin=70＋35×0.7=94.5℃100℃。对于TOP244P，PD=0.5W时不难算出Tjmin=87.5℃。因此，如果塑料盒内没有足够的空间安装散热器时，选择TOP244P就更为适合。

例3设计一个宽范围输入、输出为12V、70W的开关电源

由图2可见，有4种芯片可满足要求：TOP246Y（效率73.8％，功耗8W）；TOP247Y（效率77％，功耗5.5W）；TOP248Y（效率78.5％，功耗4.5W）；TOP249Y（效率79.5％，功耗3.9W）。显然，选择TOP249Y时电源效率最高，而器件的功耗为最低，但其价格要稍贵些。

2关键元件的典型参数值

TOPSwitchGX在宽范围输入、输出为5V或12V时，关键元件的典型参数值分别见表1和表2，所列数据可供设计开关电源时参考。表中，LP、LP0分别为高频变压器初级电感量和初级漏感量，f0是次级开路时高频变压器的谐振频率，ZP、ZS依次为初级和次级绕组的交流阻抗，PL为磁芯的功率损耗。

3设计注意事项

必须指出，TOPSwitchGX的快速设计法旨在提供设计开关电源的正确途径，所得到的PD、η参数均为估计值。最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。

3.1造成开关电源性能指标降低的主要因素

（1）当输入滤波电容CIN的容量存在负偏差或因电容衰老而使容量减小时，会导致直流输入电压UI降低，初级有效值电流增大，使可用芯片的选择范围减小；

（2）受制造工艺的限制，高频变压器的初级电感量LP可能有较大的偏差。LP过大，需增大高频变压器的尺寸；而LP过小，会使初级脉动电流和有效值电流增大，增加芯片的功耗，要采用较大功率的TOPSwitchGX芯片；

（3）快速选择曲线仅适合于交流输入为正弦波。当电网波形有严重失真时，会导致整流滤波后的UI降低，有可能使芯片欠压保护。此时应增大输入滤波电容CIN的容量，或者降低PO值；

（4）初级感应电压UOR对电源效率有很大影响。UOR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，进而损坏TOPSwitchGX芯片。另外，UOR过低，会降低输出功率和电源效率；

（5）低压输出时，要求输出滤波电容COUT的等效串联电阻（ESR）必须很低，以免增加次级损耗；

（6）为提高电源效率，必须减小高频变压器的初级漏感LP0。正确的设计应使LP0／LP的比值不超过1％～1.5％。否则，应改进高频变压器的结构和制造工艺。测量LP0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《电源技术应用》2001年9月第9期

量；

（7）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一条实曲线，此时虚线亦失效，这证明设计不合理，需重新设计。

3.2提高开关电源性能指标的方法

（1）前面提到CIN的每W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CIN的使用寿命而言，适当提高每W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，成本也会相应增加；

（2）若已确信开关电源总处于低压输入情况，可适当提高钳位电压UB和感应电压UOR。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）S，有下述关系式：UOR↑→D↓→IRMS↓→Tjmin↓→U(BR)S↓。这就便于选择低耐压、高效率的肖特基二极管作整流管；（3）对于TOPSwitchGX芯片，可得到两个互相独立的最大输出功率值。一个是通过设定工作参数（例如Dmax、）而得到的；另一个是由芯片最低结温Tjmin所决定的热状态下最大输出功率。快速选择曲线未考虑Tjmin的限制，而后者可能使设计的输出功率低于芯片最大输出功率，此时可相应增加初级电感量并改善散热条件。将电源适配器设计在连续模式下工作，能够降低芯片的功耗；

（4）使用快速选择曲线的条件之一是TOPSwitchGX在低于100℃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，适当增加散热器面积，也有助于提高电源效率和输出功率。