单片开关电源的快速设计法

1、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年代才开场流行的新型开关电源芯片。本文阐述其快速设计方法。关键词：单片开关电源快速设计在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择适宜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，其输出功率也各不一样；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率P，还必须预先确定开关电源的效率和芯片的功率损耗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TPSithII系列单片开关电

2、源的功率损耗PD与电源效率、输出功率P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适宜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/(Uiin=85V)P/图1宽范围输入且输出为5V时PD与，P的关系曲线图2宽范围输入且输出为12V时PD与，P的关系曲线图3固定输入且输出为5V时PD与，P的关系曲线供了根据。1TPSithII的PD与、P关系曲线TPSithII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=85V265V，230V15。11宽

3、范围输入时PD与，P的关系曲线TP221TP227系列单片开关电源在宽范围输入85V265V的条件下，当U=5V或者12V时，PD与、P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Uiin=85V，最高/(Uiin=85V)/(Uiin=195V)交流输入电压Uiax=265V。图中的横坐标代表输出功率P，纵坐标表示电源效率。所画出的7条实线分别对应于TP221TP227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线下同。12固定输入时PD与、P的关系曲线TP221TP227系列在固定交流输入230V15条件下，当U=5V或12V时，PD与、P的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个

4、曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uiin=195V,Uiax=265V。2正确选择TPSithII芯片的方法利用上述关系曲线迅速确定TPSithII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=85V265V，U=5V时，应选择图1。而当Ui=220V(即230V230V4.3)，U=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P；3从输出功率点垂直向上挪动，直到选中适宜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

5、阶段，包括高频变压器设计，外围元器件参数的选择等。下面将通过3个典型设计实例加以说明。例1：设计输出为5V、300的通用开关电源通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85V265V。又因U=5V，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到P=30的输出功率点，然后垂直上移与TP224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的=71.2，最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5。这说明，选择TP224就能输出30功率，并且预期的电源效率为71.2,芯片功耗为2.5。假设觉得=71.2的效率指标偏低，还可继续往上查找TP225的实线。同理，选择TP225也能输出30功率，而预期的电源效率将进步到7

6、5，芯片功耗降至1.7。根据所得到的PD值，进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。例2：设计交流固定输入230V15，输出为直流12V、30开关电源。图4固定输入且输出为12V时PD与，P的关系曲线/(Uiin=195V)图5宽范围输入时K与Uiin的关系图6固定输入时K与Uiin的关系根据条件，从图4中可以查出，TP223是最正确选择，此时P=30，=85.2，PD=0.8。例3：计算TPsithII的结温这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定从结到器件外表的热阻为RA(它包括TPSithII管芯到外壳的热阻R1和外壳到散热片的热阻R2)、环境温度为TA。再

7、从相关曲线图中查出PD值，即可用下式求出芯片的结温：Tj=PDRATA(1)举例说明，TP225的设计功耗为1.7，RA=20/，TA=40，代入式1中得到Tj=74。设计时必须保证，在最高环境温度TA下，芯片结温Tj低于100，才能使开关电源长期正常工作。3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数31修正方法如上所述，PD与，P的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的Uiin=85V，而图3与图4规定Uiin=195V即230V230V15。假设交流输入电压最小值不符合上述规定，就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值Uiin所对应的输入功率P，折算成Uiin为规定值时的等效功率P，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比P/P用K表示。TPSithII在宽范围输入、固定输入两种情况下，K与Uin的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：