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基于TOPSwitch_的单片开关电源设计与实现
Vol.11 No.2
Feb. 2009
第
11
卷 第
2
期
2009
年
2
月
2009.2
0
引言
传 统 的 线 性 稳 压 电 源 有 着 输 出 电 压 稳 定 度
高, 纹 波 电 压 小 的 优 点, 是 一 种 极 其 可 靠 的 电
源。 但其缺点是电源效率低, 需要使用笨重庞大
的工频变压器。 为了找到一种新型的电源, 人们
20
世纪
60
年代发明了自激振荡推挽晶体管单变压
器和直流式推挽双变压器, 从而实现了高频转换
控制电路, 并由此出现了晶闸 管
(
旧 称 可 控 硅
)
相位控制式开关电源, 而且用分离元件制成了开
关电源, 但终因技术问题, 效率不高、 开关频率
很低, 而且电路复杂、 调试困难, 难于推广, 其
应用也受到极大的限制。 直到
70
年代后期, 随着
集成电路设计与制作技术的进步, 大功率硅晶体
管耐压提高、 二极管反向恢复时间缩短, 各种开
关电源专用芯片大量问世, 最终去掉了工频变压
器和低频滤波电感。 由于利用体积很小的高频变
压器来实现电压变换及电网隔离, 因此大大减小
了整机的体积和重量, 同时也提高了工作效率。
1
开关电源的工作原理
图
1
所示是一个开关电源的典型电路图, 图
2
是其原理框图。
从图
2
可以简单概述出开关电源的基本原理:
50 Hz
单相交流
220 V
电压经过
EMI
防电磁干扰电
源滤波器整流滤波后, 再将滤波后的直流电压经
变换电路变换为数十或数百千赫兹的高频方波或
准 方 波 电 压, 然 后 通 过 高 频 变 压 器 隔 离 并 降 压
(或升压) 后, 再经高频整流、 滤波电路, 最后
输 出 直 流 电 压。 事 实 上, 通 过 采 样、 比 较、 放
大、 控制和驱动电路来控制变换器中功率开关管
的占空比, 便能得到稳定的输出电压。
从能量角度分析, 由于高频变压器初级绕组
N
P
的 极 性 与 次 级 绕 组
N
S
、 反 馈 绕 组
N
F
的 极 性 相
反, 因此, 当
TOPSwitch
芯片导通时, 次级整流
管
V
D2
截止, 此时电能以磁能形式存储在初级绕组
中; 而当
TOPSwitch
芯片截止时,
V
D2
导通, 能量
将传输给次级。
对于图
1
电路, 反馈绕组电压经过
V
D3
和
C
F
整
流滤波后, 将获得的反馈电压
V
FB
, 经光耦合器中
的光敏三极管给
TOPSwitch
芯片的控制端提供偏
压。 为了更好的稳压, 控制端
C
的旁路电容由两
个稳压管和一个电解电容组成。 设稳压管
V
DZ2
的
稳定电压为
V
Z2
, 限流电阻
R
1
两端的压降为
V
R
, 光
耦 合 器 中
LED
发 光 二 极 管 的 正 向 压 降 为
V
F
, 那
么, 输出电压
V
0
可表示为:
V
0
=V
Z2
+V
F
+V
R
当 某 种 原 因
(
如 交 流 电 压 升 高 或 负 载 变 轻
)
致使
V
0
升高时, 流过
LED
的电流
I
F
增大, 通过光
耦 合 器 调 节 使
TOPSwitch
芯 片 的 控 制 端 电 流
I
C
增
收稿日期:
2008-09-04
基于TOPSwitch-II的单片
开关电源设计与实现
姬志国1, 李晓峰1, 樊琛2
(1.
西安电子科技大学理学院, 陕西 西安
710071
;
2.
西北农林科技大学机械电子工程学院, 陕西 杨凌
712100)
摘 要: 介绍了开关电源的基本原理、 工作方式及电路说明, 给出了一个精密复合式双路输
出开关电源的设计方法。 该电源由
TOPSwitch-II
做前级稳压器, 然后由次级输出来分别给低
压差线性稳压器
LT1528
和
TPS79133
提供直流输入, 从而得到
+5 V
和
+3.3 V
的输出电压。
关键词: 双路输出; 开关电源;
TOPSwitch-II
; 复合式
新特器件应用
15
Electronic Component Device Applications
Vol.11 No.2
Feb. 2009
第
11
卷 第
2
期
2009
年
2
月
2009.2
大。 由于
TOPSwitch
芯片的输出占空比
D
与
I
C
成反
比, 故在
D
减小时, 会迫使
V
0
降低, 从而达到稳
压的目的。 反之,
D
增大, 将迫使
V
0
升高, 同样
也可达到稳压的效果。 由此可见, 反馈电路正是
通过调节
TOPSwitch
芯片的占空比, 来使输出电
压趋于稳定的。
2 TOPSwitch-II
器件的内部结构
TOPSwitch-II
芯片的内部结构如图
3
所示, 它
主要包括控制电压源、 带隙基准电压源、 高压电
流
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