鉅大LARGE | 點擊量：669次 | 2021年07月06日
新型高功率單片開關(guān)模塊電源如何設(shè)計
1、功用特色與技能指標(biāo)
單片開關(guān)電源是國際上90年代才開端流行的新式開關(guān)電源芯片，但早期的單片開關(guān)電源芯片普遍運用于低功率的開關(guān)穩(wěn)壓電源。第三代單片開關(guān)電源TOPGX系列IC是美國功率集成公司于2000年頭推出的新式高功率單片開關(guān)電源芯片，它除了堅持TOP?SwitchⅡ的根本特性外，即在單一CMOS芯片上集成了功率MOSFET、PWM操控器、毛病檢查及其它操控電路外，還集成了許多內(nèi)置的以及用戶可裝備的功用；在單電壓輸入時的最大輸出功率進步到250W，電磁兼容功用也得到較大的進步。第三代單片開關(guān)電源TOPGX系列IC的主要功用特色與技能指標(biāo)是：
（1）TOPSwitchGX系列新增了如下內(nèi)置功用：
①軟起動：其作用是下降開啟時的超調(diào)以及對元器材的沖擊；
②頻率抖動：下降EMI的峰值；
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
③較高的占空比允許更大的輸出功率和運用較小的輸入濾波電容；
④零負(fù)載調(diào)節(jié)才能，輕載時很高的功率使得待機時的功耗很低；
⑤滯后過熱關(guān)斷使器材可主動毛病康復(fù)。
（2）TOPSwitchGX系列還增設(shè)了用戶可裝備的引腳，用于檢查電網(wǎng)過、欠壓，外部設(shè)置電流約束以及兩種開關(guān)頻率（132kHz和66kHz）的挑選。電網(wǎng)欠壓維護、過壓關(guān)斷，以及經(jīng)過電路反應(yīng)電壓的取樣以下降輸出紋波和在高輸入電壓時最大限度地減小占空比。經(jīng)過外部電流約束引腳能夠精確地減小功率MOSFET的電流，廉價地完成高功率。
（3）別的TOPSwitchGX系列還選用節(jié)約能源的ECOSMART技能，該技能特別在待機及電源無負(fù)載條件下能夠節(jié)約能源。下降能耗的功用包括長途ON/OFF功用，即經(jīng)過遙控的方法操控電源的開閉，亦可完成外同步；在低負(fù)載時主動下降作業(yè)頻率。這些功用已超越美國“ENERGYSTAR”的標(biāo)準(zhǔn)。
因為TOPSwitchGX系列具有以上許多特色，因此可廣泛用于中、低功率的開關(guān)穩(wěn)壓電源中。它不只電路簡略，并且可靠性高，故在中、低功率電子設(shè)備中有著廣泛的運用遠(yuǎn)景。
2、管腳功用
TOPSwitchGX系列的管腳擺放如圖1所示，該系列有Y封裝和P、G封裝兩種構(gòu)造。從圖上看出：關(guān)于Y封裝的TOPSwitch?GX系列，其D、C、S管腳與原TOPSwitch系列開關(guān)命名相同，分別為漏極、操控極和源極，新添加的L、X、F管腳的功用如下：
L：為輸入電壓的欠壓與過壓檢查端，一起還具有長途遙控功用。如圖2所示，若L端與輸入電壓正端接入2MΩ的電阻，則欠壓維護值為：
Vuv=Iuv×RL=100V（1）
過壓維護值為：
Vov=Iov×RL=450V（2）
此外L端還具有長途遙控功用，只要在L、C端之間加一個三極管或光電耦合器即可完成長途遙控功用。
X：為外部電流設(shè)定調(diào)整端。在X端與源極之間接入不一樣的電阻值，則開關(guān)電流即限定為不一樣的數(shù)值。若R2=12kΩ，則流過開關(guān)的電流被設(shè)定為額定值的69％；若R2=6kΩ，為額定值的90％；若R2=25kΩ，為額定值的43％?？梢姡?dāng)R2值增大時，則開關(guān)允許流過的電流要減小。
F：為開關(guān)頻率挑選端。當(dāng)F端接到源極時，其開關(guān)頻率為132kHz，當(dāng)接到操控端時，其開關(guān)頻率為66kHz。
此外，TOPSwitchGX系列也能夠當(dāng)通常的三端TOP器材運用，此刻只要將L、X、F端一起與源極相接即可。但此刻新增用戶可裝備的功用悉數(shù)喪失。
關(guān)于P、G封裝的TOPSwitchGX系列開關(guān)都沒有X、F端，而新增M端，其功用與Y封裝中的L端功用相同。
3120W、24V開關(guān)電源模塊的電路規(guī)劃
3.1規(guī)劃請求
（1）輸入電壓：85V～265VAC，50Hz；
（2）輸出電壓：16V～24VDC；
（3）輸出電流：5.0A；
（4）電網(wǎng)調(diào)整率：±1％。
3.2規(guī)劃過程
依據(jù)規(guī)劃請求，現(xiàn)以圖4上的原理圖來闡明規(guī)劃過程。
（1）器材挑選
依據(jù)規(guī)劃請求挑選TOP248Y作為開關(guān)器材。這時TOP248Y作業(yè)在輸出功率的上限，電流設(shè)定在最大值，行將X端直接與源極相連。而過壓值設(shè)定在450VDC，若輸入電壓超越此值，則TOPSwitch?GX將自行關(guān)斷，直到輸入電壓康復(fù)正常值，TOPSwitch?GX又自行康復(fù)發(fā)動。頻率挑選端F也與源極直接相連，此刻開關(guān)作業(yè)頻率設(shè)定在132kHz。
（2）脈沖變壓器的規(guī)劃請求
脈沖變壓器的初級電感（即勵磁電感）Lm中的電流與電壓的聯(lián)系近似為：Im=×τ（3）
式中：UO為初級電感兩頭的電壓；
τ為開關(guān)脈沖寬度。
由式（3）可知：脈沖變壓器的初級電感值要恰當(dāng)，通常在300μH到3000μH之間。輸出功率大的狀況應(yīng)取低限；反之則取上限。變壓器初級電感不能太小，太小會形成TOPSwitch?GX系列中MOSFET的漏極電流太大，使開關(guān)損耗添加，一起易形成過流維護動作，使電源難以發(fā)動。相同初級電感也不能太大，太大則不能滿意輸出功率的請求。
（3）電源次級電路的規(guī)劃
次級電路主要是挑選整流管和濾波電容。整流管的挑選應(yīng)依據(jù)輸出電流和電壓，其最大值的挑選為：
IRLCmax2IO=2×5=10A（4）
VRLCmax（5）
n=×Dmin（6）
式中：VO為輸出電壓；IO為輸出電流；Vinmax為最大輸入直流電壓；Dmin為開關(guān)的最小占空比；n為脈沖變壓器的變比。
將Vinmax=375V；VO=24V；Dmin=0.18代入式(6)得到脈沖變壓器的變比為:n≈4
此刻脈沖變壓器的初級勵磁電流為:Im==1.25A(7)
此值遠(yuǎn)小于TOP248Y的漏極電流（7.2A）。
電源次級整流管在低輸出電壓的狀況下，通常選用肖特基二極管，用來減小二極管的損耗。當(dāng)輸出電壓較高時，則需求選用快康復(fù)二極管（如圖4中D2）；當(dāng)開關(guān)頻率較高時，應(yīng)選用超快康復(fù)二極管作整流管，以減小其反向電流對初級的影響。
濾波電容C7的容量應(yīng)滿意輸出電壓紋波的請求，L1及C8應(yīng)能有效地濾除開關(guān)所發(fā)生的噪聲影響。
（4）反應(yīng)調(diào)整電路的規(guī)劃
反應(yīng)調(diào)整電路選用光耦和可調(diào)三端穩(wěn)壓器TL431構(gòu)成的調(diào)整電路，如圖4電路中的VR2、R5、R7、R10、R11和R6構(gòu)成的輸出電壓調(diào)整電路。R5作為光耦的限流電阻，并不能影響電路的檢查環(huán)路的增益。在起動剎那間，檢查光耦輸出電流，然后改動操控端C的電流，完成預(yù)調(diào)整，以保證電源在低電網(wǎng)電壓和滿載發(fā)動時到達(dá)規(guī)則的調(diào)整值。R9、C10、C11和R4、C4構(gòu)成環(huán)路補償電路。
4規(guī)劃中應(yīng)留意的問題
TOPSwitchGX系列開關(guān)電源若規(guī)劃妥當(dāng)，則較簡略滿意規(guī)劃請求；若規(guī)劃不妥，則會呈現(xiàn)一些不正常景象。在規(guī)劃電源時應(yīng)留意以下幾個問題：
（1）因為電源的輸出功率較大，故請求脈沖變壓器的漏感應(yīng)盡也許小，特別是低壓大電流的狀況下更應(yīng)如此。脈沖變壓器的初、次級繞組應(yīng)相間繞制。即便這么，脈沖變壓器漏感中貯存的能量仍有也許超越瞬態(tài)按捺二極管VR1的功率容量，因此用R2、R3和C2與VR1并聯(lián)，將漏感中的能量部分地?fù)p耗在R2、R3上，以保證VR1的作業(yè)可靠性；一起又將電壓鉗位在200VDC，使TOPSwitchGX在電源發(fā)動與過載條件下，保證器材內(nèi)部MOSFET的漏極電壓低于700VDC。
（2）輸出濾波電容的等效串聯(lián)電阻應(yīng)盡也許的小，特別是在低壓大電流的狀況下更應(yīng)如此，不然因為電容損耗增大而大大下降電源的可靠性。
（3）光耦的出端應(yīng)接近操控端C，操控端C的濾波電容應(yīng)接近源極；別的多功用端L、X、F或M與源極連接線也應(yīng)盡也許短，一起要遠(yuǎn)離漏極，以減小電源噪聲。
5結(jié)語
第三代TOPSwitchGX系列比第二代TOPSwitch系列添加了許多功用，一起輸出功率也有較大進步。實踐證明，用第三代TOPSwitch?GX系列規(guī)劃單片開關(guān)模塊電源，其電路構(gòu)造簡略，抗干擾功用好，可靠性高，性價比高，故在中、低功率電子設(shè)備中有著廣泛的運用遠(yuǎn)景。
