TOPSwitch-FX系列单片机开关电源应用设计

TOPSwitch-FX系列单片机电源集成电路广泛应用于各种通用及专用开关电源、待机电源、开关电源模块中。

一、能进行外部限流的12V、30W开关电源

由TOP234Y构成12V、30W高效开关电源的电路如图1所示。其交流输入电压范围是AC85～265V，满载时电源效率可达80%。交流电压u依次经过电磁干扰（EMI）滤波器（C10，L1）、输入整流滤波器（BR，C1）获得直流高压UI。UI经过R1和R2分压后接M端，能使极限电流随UI升高而降低。R1可提供电压前馈信号，当UI偏高时能自动降低最大占空比，以减小输出纹波。R2为电流极限设定电阻，所设定的Ilimit≈0.7Ilimit=0.7×1.5A=1.05A，略高于低压输入时的峰值电流Ip值。这里将系数取0.7是考虑到TOP234Y在宽范围输入时，最大连续输出功率Pom=45W,而实际输出功率P'om=30M，即P'om/Pom=30/45=0.67≈0.7。采用这种设计方法允许高频变压器选用尺寸较小的磁芯，通过增加初级电感量Lp来降低TOP234Y的功耗，并防止出现磁饱和现象。此外，由于采用了降低Dmax的电压前馈技术即使输入电压UI和初级感应电压UOR较高，开关电源也能正常工作。它允许使用成本的R，C，VD型漏极钳位电路（R3，C7，VD1），以替代价格较高的TVS（瞬态电压抑制器）、VD型钳位电路，用于吸收在TOP234Y关断时由高频变压器漏感产生的尖峰电压，对漏极起到保护作用。

次级电压经过VD2，C2，C3，L2和C4整流滤波后，获得+12V、2.5A的稳压输出。为减小整流管的损耗，VD2采用MBR1060型10A/60V肖特基二极管。C9和R7并联在VD2两端，能防止VD2在高频开关状态下产生自激振荡（振铃）。当开关电源空载时，TOPSwitch-FX能采用跳过周期的方式进一步降低最大输出占空比，使得Dmax<1.5%，因此，在输出端无须接假负载，这样还可降低空载或待机状态下的功耗。

该电源采用带稳压管的光耦反馈电路。IC2为LTV817A型线性光耦合器。VDZ采用1N5240C型稳压管，其稳定电压Uz=10（1±0.02）V。光耦中LED的正向压降UF≈1V.输出电压由下式确定：

Uo=Uz+UF+UR4

现将其稳压原理分析如下：当由于某种原因致使Uo↑，Uo>U2+UF+UR4时，所产生的误差电压Ur'=Uo-（Uz+UF+UR4）就令LED的IF↑，经过光耦后，接收管的IE↑，使得控制端电流Ic↑，而占空比D↓，导致Uo↓，为而实现了稳压目的。反之，Uo↓→IF↓→IE↓→Ic↓→D↑→Uo↑，同样起到稳压作用。

1N5240C的稳定电流典型值为20mA，取R4=150Ω时只能供给6.7mA的电流，进一步增加电阻值会受到LED工作电流IF（通常为3.5～7mA）的限制。为此，另由电阻R6提供13.3mA的工作电流，使VDz的稳定电流Iz=3.7mA+13.3mA=20mA，其稳压特性也得到了改善。反馈绕组电压经过VD3和C6整流滤波后，产生12V的反馈电压，经过IC2给TOP234Y的控制端提供偏压。C5是旁路电容，它还与R5构成控制环路的补偿电路。

来源：21IC电子网