基于TOPSwitchⅡ的小功率开关电源设计.doc

基于TOPSwitch-Ⅱ的小功率开关电源设计 摘 要 单片开关电源自20世纪90年代中期问世以来，便显示出强大的生命力，并以其优良的特性倍受人们的青睐。TOPSwitch-II器件为三端单片开关电源,是一种将PWM和MOSFET合二为一的新型集成芯片。与普通线性稳压电源相比其优点为体积小、重量轻,并且密度高、价格低;采用它制作高频开关电源,不仅简化了电路,同时可以改善电源的电磁兼容性能,且降低了制作成本。目前，它已成为开发国际通用的高效率、小功率开关电源的优选，也为新型开关电源的推广和普及创造了条件。此次设计用TOP222Y型三段单片机来控制，具有单片集成化、最简外围电路、最佳性能指标、无工频变压器、能完全实现电气隔离等特点，配合带稳压管的光耦合器，能将交流转换成直流稳压输出，该电路简单，稳定性能好，成本低。 关键词：开关电源、TOPSwitch-Ⅱ、光耦合 目 录 第一章 概 述 - 3 - 1.1 开关电源工作原理 - 3 - 1.2 TOPSwitch简介 - 3 - 1.3 开关电源的发展 - 6 - 1.4 开关电源基本拓扑结构 - 7 - 1.4.1 反激式变换器 - 7 - 1.4.2 正激式变换器 - 10 - 1.4.3 半桥式变换器 - 11 - 1.4.4 全桥式变换器 - 12 - 第二章 TOPSwitch-Ⅱ的结构和原理及型号确定过程 - 13 - 2.1 TOPSwitch-Ⅱ的结构及原理 - 13 - 2.2 基于TOP222Y芯片小功率反激式开关电源的设计 - 18 - 第三章 各电路模块的设计 - 20 - 3.1 EMI滤波器……………………………………………………...……..- 20 - 3.2 输入整流桥的选择…………………………………………...………. - 20 - 3.3 频变压器的设计……………………………...….…………………..- 20 - 3.3.1 变压器的分类 - 24 - 3.3.2 高频变压器的工作原理 - 24 - 3.3.3 开关电源高频变压器的参数计算 - 25 - 3.3.4 高频变压器的绕制 - 27 - 3.3.5 高频变压器绕制的注意事项 - 28 - 3.3.6 反激式开关电源变压器绕制示意图 - 28 - 3.3.7 减小高频变压器的漏感………………………… …………..…- 28 - 第四章 电路各模块的参数计算 - 32 - 4.1 EMI整流滤波电路元件的参数计算 - 32 - 4.2 PC817光电耦合器与TL431外围器件参数计算 - 32 - 4.3 TL431的取样电阻计算 - 34 - 第五章 仿 真 - 35 - 5.1 仿真软件简介 - 35 - 5.2开关电源设计总原理图 - 36 - 5.3 PSIM仿真图 - 37 - 第六章 设计总结 - 38 - 参考文献 - 42 - 第一章 概 述 1.1开关电源工作原理 开关直流稳压电源是基于方波电压的平均值与其占空比成正比以及电感、电容电路的积分特征而形成的。其基本原理是，先对输入交流电压整流，从而形成脉动直流电压，经过DC-DC变换电路变压，再通过斩波电路形成了不同脉冲宽度的高频交流电，然后对其整流滤波输出需要电压电流波形。如果输出电压波形偏离所需值，便有电流或电源采样电路进行取样反馈，经过与比较电路的电压值进行参数比较，把差值信号放大，从而控制开关电路的脉冲频率f和占空比D，以此来控制输出端的导通状态。因此，输出端便可以得到所需的电压电流值。 图 开关电源原理框图 1.2 TOPSwitch简介 美国功率集成公司（PI公司）在1994年推出第一代TOP Switch芯片，1997年，美国功率集成公司又推出了TOP Switch系列器件。TOP Switch系列器件和TOP Switch系列器件相比，内电路作了许多改进，器件对于电路板布局以及输入总线瞬变的敏感性大大减少，故设计更为方便，性能又有了增强，性能价格比更高。与TOP Switch系列器件相比，TOP Switch系列器件在输入电压为100V、115V或230VAC时，系统功率从（0～100）W提高到（0～150）W，在三种电压下均可工作时，系统的功率从（0～50）W提高到（0～90）W，从而使得TOP Switch器件可在如电视、监视器以及音频放大器等许多新的应用范围内使用。1998年推出绿色、低价的Tiny Switch和TOP Switch-FX开关电源IC系列，它为设计高度集成的电源提供了更大的灵活性，采用的Eco Smart节能技术可以帮助工程师生产出符合环保要求的更加“绿色”的电子产品。器件输出功率最高达75W，可广泛应用于手机充电器