在設(shè)計開關(guān)電源時，首先面對的問題是如何選擇合適的單片開關(guān)電源芯片，既能滿足要求，又不因選型不當(dāng)而造成資源的浪費(fèi)。然而，這并非易事。原因之一是單片開關(guān)電源現(xiàn)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，不僅要了解設(shè)計的輸出功率pO，還必須預(yù)先確定開關(guān)電源的效率η和芯片的功率損耗pD，而后兩個特點(diǎn)參數(shù)只有在設(shè)計安裝好開關(guān)電源時才能測出來，在設(shè)計之前它們是未知的。

下面重點(diǎn)介紹利用TOpSwitch－II系列單片開關(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，快速選擇芯片的方法，可圓滿解決上述難題。在設(shè)計前，只要根據(jù)預(yù)期的輸出功率和電源效率值，即可從曲線上查出最合適的單片開關(guān)電源型號及功率損耗值，這不僅簡化了設(shè)計，還為選擇散熱器提

η/％(Uimin=85V)

中圖法分類號：TN86文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編碼：0219?2713(2000)09?488?05

pO/W

圖1寬范圍輸入且輸出為5V時pD與η，pO的關(guān)系曲線

圖2寬范圍輸入且輸出為12V時pD與η，pO的關(guān)系曲線

圖3固定輸入且輸出為5V時pD與η，pO的關(guān)系曲線

供了依據(jù)。

1TOpSwitch－II的pD與η、pO關(guān)系曲線

TOpSwitch－II系列的交流輸入電壓分寬范圍輸入（亦稱通用輸入），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pD與η，pO的關(guān)系曲線

TOp221～TOp227系列單片開關(guān)電源在寬范圍輸入（85V～265V）的條件下，當(dāng)UO=＋5V或者＋12V時，pD與η、pO的關(guān)系曲線分別如圖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(biāo)代表輸出功率pO，縱坐標(biāo)表示電源效率η。所畫出的7條實(shí)線分別對應(yīng)于TOp221～TOp227的電源效率，而15條虛線均為芯片功耗的等值線（下同）。

1．2固定輸入時pD與η、pO的關(guān)系曲線

TOp221～TOp227系列在固定交流輸入（230V±15％）條件下，當(dāng)UO=＋5V或＋12V時，pD與η、pO的關(guān)系曲線分別如圖3、圖4所示。這兩個曲線族關(guān)于208V、220V、240V也同樣適用?，F(xiàn)假定Uimin=195V,Uimax=265V。

2正確選擇TOpSwitch－II芯片的方法

利用上述關(guān)系曲線迅速確定TOpSwitch－II芯片型號的設(shè)計程序如下：

（1）首先確定哪一幅曲線圖適用。例如，當(dāng)Ui=85V～265V，UO=＋5V時，應(yīng)選擇圖1。而當(dāng)Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V時，就只能選圖4；

（2）然后在橫坐標(biāo)上找出欲設(shè)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，直到選中合適芯片所指的那條實(shí)曲線。如不適用，可繼續(xù)向上查找另一條實(shí)線；

（4）再從等值線（虛線）上讀出芯片的功耗pD。進(jìn)而還可求出芯片的結(jié)溫（Tj）以確定散熱片的大??；

（5）最后轉(zhuǎn)入電路設(shè)計階段，包括高頻變壓器設(shè)計，外圍元器件參數(shù)的選擇等。

下面將通過3個典型設(shè)計實(shí)例加以說明。

例1：設(shè)計輸出為5V、300W的通用開關(guān)電源

通用開關(guān)電源就意味著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。首先從橫坐標(biāo)上找到pO=30W的輸出功率點(diǎn)，然后垂直上移與TOp224的實(shí)線相交于一點(diǎn)，由縱坐標(biāo)上查出該點(diǎn)的η=71.2％，最后從經(jīng)過這點(diǎn)的那條等值線上查得pD=2.5W。這表明，選擇TOp224就能輸出30W功率，并且預(yù)期的電源效率為71.2％,芯片功耗為2.5W。

若覺得η=71.2％的效率指標(biāo)偏低，還可繼續(xù)往上查找TOp225的實(shí)線。同理，選擇TOp225也能輸出30W功率，而預(yù)期的電源效率將提高到75％，芯片功耗降至1.7W。

根據(jù)所得到的pD值，進(jìn)而可完成散熱片設(shè)計。這是因?yàn)樵谠O(shè)計前對所用芯片功耗做出的估計是完全可信的。

例2：設(shè)計交流固定輸入230V±15％，輸出為直流12V、30W開關(guān)電源。

圖4固定輸入且輸出為12V時pD與η，pO的關(guān)系曲線

η/％(Uimin=195V)

圖5寬范圍輸入時K與Uimin′的關(guān)系

圖6固定輸入時K與Uimin′的關(guān)系

根據(jù)已知條件，從圖4中可以查出，TOp223是最佳選擇，此時pO=30W，η=85.2％，pD=0.8W。

例3：計算TOpswitch－II的結(jié)溫

這里講的結(jié)溫是指管芯溫度Tj。假定已知從結(jié)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TA。再從相關(guān)曲線圖中查出pD值，即可用下式求出芯片的結(jié)溫：

Tj=pD·RθA＋TA(1)

舉例說明，TOp225的設(shè)計功耗為1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。設(shè)計時必須保證，在最高環(huán)境溫度TAM下，芯片結(jié)溫Tj低于100℃，才能使開關(guān)電源長期正常工作。

3根據(jù)輸出功率比來修正等效輸出功率等參數(shù)

3．1修正方法

如上所述，pD與η，pO的關(guān)系曲線均對交流輸入電壓最小值作了限制。圖1和圖2規(guī)定的Uimin=85V，而圖3與圖4規(guī)定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流輸入電壓最小值不符合上述規(guī)定，就會直接影響芯片的正確選擇。此時須將實(shí)際的交流輸入電壓最小值Uimin′所對應(yīng)的輸入功率pO′，折算成Uimin為規(guī)定值時的等效功率pO，才能使用上述4圖。折算系數(shù)亦稱輸出功率比（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的特性曲線分別如圖5、圖6中的實(shí)線所示。要說明幾點(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(biāo)僅標(biāo)出Ui在低端的電壓范圍。

（2）當(dāng)Uimin′>Uimin時K>1，即pO′>pO，這表明原來選中的芯片此時已具有更大的可用功率，必要時可選輸出功率略低的芯片。當(dāng)Uimin′（3）設(shè)初級電壓為UOR，其典型值為135V。但在Uimin′<85V時，受TOpSwitch－II調(diào)節(jié)占空比能力的限制，UOR會按線性規(guī)律降低UOR′。此時折算系數(shù)K="UOR′"/UOR<1。圖5和圖6中的虛線表示UOR′/UOR與Uimin′的特性曲線，利用它可以修正初級感應(yīng)電壓值。

現(xiàn)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，然后根據(jù)已知的Uimin′值查出折算系數(shù)K。

（2）將pO′折算成Uimin為規(guī)定值時的等效功率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，并根據(jù)pO值查出合適的芯片型號以及η、pD參數(shù)值。

下面通過一個典型的實(shí)例來說明修正方法。

例4：設(shè)計12V，35W的通用開關(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(jù)pO值，從圖2上查出最佳選擇應(yīng)是TOp224型芯片，此時η=81.6％，pD=2W。

若選TOp223，則η降至73.5％,pD新增到5W，顯然不合適。倘若選TOp225型，就會造成資源浪費(fèi)，因?yàn)樗萒Op224的價格要高一些，且適合輸出40W～60W的更大功率。

3．2相關(guān)參數(shù)的修正及選擇

（1）修正初級電感量

在使用TOpSwitch－II系列設(shè)計開關(guān)電源時，高頻變壓器以及相關(guān)元件參數(shù)的典型情況見表1，這些數(shù)值可做為初選值。當(dāng)Uimin′Lp′=KLp（3）

查表1可知，使用TOp224時，Lp=1475μH。當(dāng)K=1.15時，Lp′=1.15×1475=1696μH。

表2光耦合器參數(shù)隨Uimin′的變化

最低交流輸入電壓Uimin(V)85195

LED的工作電流IF（mA）3.55.0

光敏三極管的發(fā)射極電流IE（mA）3.55.0

（2）對其他參數(shù)的影響

當(dāng)Uimin的規(guī)定值發(fā)生變化時，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也出現(xiàn)變化。此時應(yīng)根據(jù)表2對IF、IE進(jìn)行重新調(diào)整。

TOpSwitch－II獨(dú)立于Ui、pO的電源參數(shù)值，見表3。這些參數(shù)一般不受Uimin變化的影響。

表3獨(dú)立于Ui、pO的電源參數(shù)值

獨(dú)立參數(shù)典型值

開關(guān)頻率f(kHz)100

輸入保護(hù)電路的箝位電壓UB(V)200

輸出級肖特基整流二極管的正向壓降UF(V)0.4

初始偏置電壓UFB(V)16

（3）輸入濾波電容的選擇

參數(shù)TOp221TOp222TOp223TOp224TOp225TOp226TOp227

高頻變壓器初級電感Lp(μH)86504400220014751100880740

高頻變壓器初級泄漏電感LpO(μH)175904530221815

次級開路時高頻變壓器的諧振頻率fO(kHz)400450500550600650700

初級線圈電阻Rp（mΩ）50001800650350250175140

次級線圈電阻RS（mΩ）20127543.53

輸出濾波電感的直流電阻RL1（mΩ）40322520161310

共模扼流圈的直流電阻RL2（mΩ）400370333300267233200