开关电源芯片

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开关电源芯片范文第1篇

[关键词]TPS54160；开关电源

中图分类号：TV674 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）36-0395-011 引言

开关电源控制芯片TPS54160由TI公司出品，具有体积小、功耗低、效率高、保护完善、性能稳定等优点，内部集成高效场效应MOSFET，能显著降低功耗，并在轻载时也能高效运行。

2 电路图

本文基于TPS54160芯片设计了一种开关电源电路，用于由蓄电池组供电的系统中，输入电压22～60VDC，输出电压为5VDC，输出电流500mA，电路如图1所示。

3 元器件选择

在以TPS54160芯片为核心设计电源电路时，元件的选择尤为重要，具体的选择如下：

3.1 欠压锁定电阻R1、R2的选择

TPS54160芯片具有使能和调整欠压锁定功能，参考电路如图2所示：

本设计中，当输入电压低于21.6V时，电源停止工作；为确保电源在启动和关断时工作的稳定性，设定输入电压恢复23V后芯片才开始工作。

经计算，R1为482kΩ，选择一个487kΩ、1%精度的电阻，R2为25.9 kΩ，选择一个26.1kΩ、1%精度的电阻。

3.2 开关频率电阻R3的选择

该电源其开关频率按照500kHz设计，按照TPS54160芯片的计算频率公式：

可计算出R3的电阻值为237 kΩ，选择244 kΩ、1%精度的电阻。

3.3 反馈电阻R5、R6的选择

VSENSE是TPS54160内部比较器的输入端，比较器的参考电压为0.8VDC，为了提高轻负载时的效率，反馈电阻一般使用较大阻值的电阻，但过高的阻值将使内部调制器更易受到噪声和输出电压波动的影响。因此，TPS54160推荐R6选取一个10 3.4 输入电容C2的选择

一般电源设计时，要求在输入掉电后电源还能短暂的维持输出。由技术手册可知，TPS54160的输入电压范围为3.5～60VDC，推荐的最小输入电压为6VDC。

本设计中，TPS54160芯片工作在500kHz，直流输入电压Vin=21.6VDC，输出电流Iout=500mA时，可查得其工作效率f约为87%。由能量转换守恒公式：

3.5 输出电感L1的选择

输出电感的选择尤为重要，与电源的最大输入电压、输出电压、输出电流及开关频率有关。

在此设计中，TPS54160芯片工作在500kHz的开关频率，最大直流输入电压Vinmax=60VDC，输出电流Iout=500mA，可由下式计算输出电感值：

其中是一个系数，它是输出纹波电流和最大输出电流的关系比值，通常情况下，如果选取瓷片电容作为输出电容，其值取0.3，如果选取电解电容作为输出电容，其值取0.2。

经过计算可求得：L1≈103.4uH，因此选取一个100uH的电感作为输出电感。

3.6 输出电容C8的选择

输出电容的选择尤为重要，因为输出电容将决定输出电压的纹波大小，以及负载电流变化的效应能力，其与电源的开关频率fsw、输出电压瞬态响应值ΔVout（TPS54160取其值为输出电压的4%）、电流变化ΔIout大小有关。

另外输出电容还必须能够调整及吸收电感从高负载向低负载转换时储存的能量，使得多余的能量能够得到存储，同时并能在当负载从低向高转换时提供能量以保持输出电压的稳定性，所以，其容值的大小与输出电感L1、最大负载电压Vh和最大电流Ih、最小负载电压V1和最小电流I1有关。

输出电容的选择必须满足式（7）、式（8）的最大值，经式（7）计算Cout>32.4uF，经式（8）计算Cout>41.5uF，考虑到本设计中输出电容的ESR值尽量小，因此选取了47uF的套餐电容作为电源的输出电容。

3.7 续流二极管的选择

续流二极管的选择需满足以下条件：①其反向电压要大于或等于最大直流输入电压Vinmax；②额定峰值电流必须大于输出电感的最大电流；③正向压降越小越好，一般肖特基二极管的正向压降较低。

在本设计中，选择肖特基二极管的型号为：SS110，其反向电压为100V，额定峰值电流为30A，当i=1.0A时，正向压降为0.5V。

4 结束语

本文主要是针对多电平自动识别充电控制器而设计的开关电源，整个电源系统结构简单、功耗小、效率高、输入电压宽、输出电压稳定。在实际应用中，该电源系统性能稳定、反应灵敏、调压精度高，十分可靠。

参考文献

[1] 赵修科.开关电源中磁性元器件（讲义）.南京航空航天大学.2004，8.

[2] 贾正春、马志源.电力电子学.北京：中国电力出版社，2001.

[3] 周志敏、周纪海.开关电源实用技术与应用.北京：人民邮电出版社，2003.

开关电源芯片范文第2篇

关键词：单片开关电源快速设计

TOPSwithⅡ

TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.

Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ

在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择合适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，其输出功率也各不相同；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率PO，还必须预先确定开关电源的效率η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TOPSwitch－II系列单片开关电源的功率损耗（PD）与电源效率（η）、输出功率（PO）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合适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

η/％(Uimin=85V)

中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编码：02192713(2000)0948805

PO/W

图1宽范围输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线

图2宽范围输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线

图3固定输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线

供了依据。

1TOPSwitch－II的PD与η、PO关系曲线

TOPSwitch－II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=85V～265V，230V±15％。

1．1宽范围输入时PD与η，PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列单片开关电源在宽范围输入（85V～265V）的条件下，当UO=＋5V或者＋12V时，PD与η、PO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Uimin=85V，最高

η/％(Uimin=85V)

η/％(Uimin=195V)

交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221～TOP227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。

1．2固定输入时PD与η、PO的关系曲线

TOP221～TOP227系列在固定交流输入（230V±15％）条件下，当UO=＋5V或＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。

2正确选择TOPSwitch－II芯片的方法

利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch－II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=85V～265V，UO=＋5V时，应选择图1。而当Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋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（PO）；

（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适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）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，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、300W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85V～265V。又因UO=＋5V，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到PO=30W的输出功率点，然后垂直上移与TOP224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的η=71.2％，最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5W。这表明，选择TOP224就能输出30W功率，并且预期的电源效率为71.2％,芯片功耗为2.5W。

若觉得η=71.2％的效率指标偏低，还可继续往上查找TOP225的实线。同理，选择TOP225也能输出30W功率，而预期的电源效率将提高到75％，芯片功耗降至1.7W。

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230V±15％，输出为直流12V、30W开关电源。

图4固定输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线

η/％(Uimin=195V)

图5宽范围输入时K与Uimin′的关系

图6固定输入时K与Uimin′的关系

根据已知条件，从图4中可以查出，TOP223是最佳选择，此时PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。

例3：计算TOPswitch－II的结温

这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定已知从结到器件表面的热阻为RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外壳的热阻Rθ1和外壳到散热片的热阻Rθ2)、环境温度为TA。再从相关曲线图中查出PD值，即可用下式求出芯片的结温：

Tj=PD·RθA＋TA(1)

举例说明，TOP225的设计功耗为1.7W，RθA=20℃/W，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TAM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

3．1修正方法

如上所述，PD与η，PO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Uimin=85V，而图3与图4规定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若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Uimin′所对应的输入功率PO′，折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在宽范围输入、固定输入两种情况下，K与U′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：

（1）图5和图6的额定交流输入电压最小值Uimin依次为85V，195V，图中的横坐标仅标出Ui在低端的电压范围。

（2）当Uimin′>Uimin时K>1，即PO′>PO，这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率，必要时可选输出功率略低的芯片。当Uimin′（3）设初级电压为UOR，其典型值为135V。但在Uimin′<85V时，受TOPSwitch－II调节占空比能力的限制，UOR会按线性规律降低UOR′。此时折算系数K="UOR′"/UOR<1。图5和图6中的虚线表示UOR′/UOR与Uimin′的特性曲线，利用它可以修正初级感应电压值。

现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下：

（1）首先从图5、图6中选择适用的特性曲线，然后根据已知的Uimin′值查出折算系数K。

（2）将PO′折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，有公式

PO=PO′/K（2）

（3）最后从图1～图4中选取适用的关系曲线，并根据PO值查出合适的芯片型号以及η、PD参数值。

下面通过一个典型的实例来说明修正方法。

例4：设计12V，35W的通用开关电源

已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。从图5中查出K=1.15。将PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，计算出PO=30.4W。再根据PO值，从图2上查出最佳选择应是TOP224型芯片，此时η=81.6％，PD=2W。

若选TOP223，则η降至73.5％,PD增加到5W，显然不合适。倘若选TOP225型，就会造成资源浪费，因为它比TOP224的价格要高一些，且适合输出40W～60W的更大功率。

3．2相关参数的修正及选择

（1）修正初级电感量

在使用TOPSwitch－II系列设计开关电源时，高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1，这些数值可做为初选值。当Uimin′LP′=KLP（3）

查表1可知，使用TOP224时，LP=1475μH。当K=1.15时，LP′=1.15×1475=1696μH。

表2光耦合器参数随Uimin′的变化

最低交流输入电压Uimin(V)85195

LED的工作电流IF（mA）3.55.0

光敏三极管的发射极电流IE（mA）3.55.0

（2）对其他参数的影响

开关电源芯片范文第3篇

关键词： 星载电源； 多路输出开关电源； 小型化设计； 电路设计

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）20?0145?03

Design of satellite?borne multi?channel output DC/DC converter

ZHANG Qian， LIU Ke?cheng， WANG Wei?guo

（Lanzhou Institute of Physics， Lanzhou 730000， China）

Abstract： A satellite?borne multi?channel output DC/DC converter is introduced. The method of the power supply design can meet the needs of most of the satellite?borne multi?channel output DC/DC converters. The design characteristics of the power supply are particularly introduced. The operating principle is analyzed. The design formulas are also given. The miniaturization design of the satellite?borne DC/DC converter was optimized. It can be widely used in satellite?borne multi?channel output DC/DC converters.

Keywords： satellite?borne power supply； multi?channel output DC/DC converter； miniaturization design； circuit design

随着我国航天事业的发展，卫星有效载荷的数量和种类越来越多，势必要求与之相配套的开关电源的体积和重量进一步减小。因此，开关电源的小型化设计成为目前星载开关电源研究的一个热门课题。众所周知，开关电源的小型化可以从优化电路设计和采用新工艺两个方面入手，例如采用混合厚膜工艺可以大幅度地减小电源的体积和重量，但国产混合厚膜开关电源在航天领域目前还处在推广中，主要是其抗辐照性能对于高轨长寿命卫星来说存在着一定的局限性。因此，采用表贴工艺的开关电源在航天领域依然具备广阔的市场。这就要求必须在电路设计上进行优化，以满足星载开关电源小型化的要求。本文介绍一种多路输出开关电源，它采用不同拓扑组合的方式，能够满足星上大部分中小功率设备的供电需求。

1 星载多路输出开关电源的几种设计方案

1.1 单端反激式多路输出开关电源

图1所示单端反激式多路输出开关电源的设计思路是：考虑到星载开关电源的磁隔离要求，采取前级自持预稳压，后级各路输出进行二次稳压的方式。反激式拓扑的特点是电路结构简单，易于实现多路输出。如果不采用二次稳压，次级各路输出的电压和负载稳定度不会优于±3%，很难满足星上大部分用电设备的需求，因此，常常会在输出端进行二次稳压。常用的方法是采用三端稳压器进行二次稳压，这样输出各路电压稳定度优于±1%，能够满足星上用电设备的需求，采用三端稳压器进行二次稳压的另一个优点是如果用电设备对低频干扰比较敏感，那么输出后级采用三端稳压器进行二次稳压还能有效隔离输入端引入的低频干扰，保证用电设备正常工作[1]。但是单端反激式多路输出开关电源同样有它的局限性，如果其中某一路输出电流比较大，后级采用三端稳压器进行二次稳压会造成很大的功耗，从而降低了电源的转换效率，进而影响了电源的工作寿命。

1.2 单端正激式多路输出开关电源

图2所示单端正激式多路输出开关电源的设计思路是：主路输出采用闭环直接反馈控制，辅输出采用磁链耦合技术以改善辅路输出的电压和负载稳定度。设计上一般主路输出功率比较大，辅路输出功率相对比较小，即便如此辅路输出的电压和负载稳定度也不会优于±5%，而且辅路输出的功率越大，辅路输出的稳定度也越差。这种方案一般设计成3路电源，路数再多辅路输出的稳定度就无法接受了。总体上单端正激式多路输出开关电源辅路输出负载和电压稳定度要比单端反激式多路输出开关电源各路输出负载和电压稳定度差。

图1 单端反激式多路输出

图2 单端正激式多路输出开关电源

1.3 单端反激和单端正激相结合的多路输出开关电源

从图3可以看出电源由反激拓扑和正激拓扑组成，考虑到电源小型化的需求，电源共用一个消浪涌电路和输入滤波电路。反激电路组成三路小电流输出，后级各路输出通过三端稳压器进行进一步稳压，反激主变压器上绕制的两个辅助绕组的输出电压给正激电路的PWM芯片供电，由于反激电路采取了前级预稳压，同时给PWM芯片供电的负载电流比较小（小于100 mA）。因此反激主变压器上的两个辅助绕组给PWM芯片的供电电压非常稳定，能够满足在不同条件下PWM芯片的供电要求。这种方案既满足了星用开关电源的磁隔离要求，又避免了方案（1）中大负载电流下使用三端稳压器进行二次稳压造成的功耗过大的问题，同时也解决了方案（2）中的辅路输出稳定度不高的问题。最大的优点是这种方案不受路数上的限制，设计上可以把小电流各路全部在单端反激中输出，大电流各路从单端正激中输出。本文设计了一款五路输出电源，其中18.5 V，±14.5 V负载电流小于1 A从三路反激电源中出；7.5 V，5.5 V负载电流比较大从正激电源中出，它们的PWM芯片供电电压都是从三路反激电源的辅助绕组中输出的。

2 关键电路参数设计

技术指标如下：输入电压为DC 25～33 V；开关频率为200 kHz；最大占空比为0.5；输出电压/电流为18.5 V/0.33 A， +14.5 V/0.3 A，-14.5 V/0.11 A，7.5 V/2.9 A，5.5 V/5.8 A；转换效率≥78%。

图3 单端反激和正激相结合的多路输出开关电源

2.1 变压器的设计

电源涉及反激电路和正激电路变压器的设计，反激变换器的特点是当主功率开关管导通时变压器原边电感存储能量，负载的能量从输出滤波电路的电容处得到；而当关断时，变压器原边电感的能量将会传送到副边负载和它的滤波电容处，以补偿滤波电容在开关导通状态下消耗的能量[6]。具体设计如下：由于铁氧体材料有很好的储能和抑制信号传输过程中的尖峰和振铃作用，因此采用这种材料作为变压器磁芯是最好的选择之一。综合考虑反激电源的额定功率，转换效率以及磁芯的窗口利用率，选择RM8作为反激电源变压器的磁芯。初级线圈的峰值电流为：

[Ipmax=2TPoTonmaxUiminη] （1）

式中：[Uimin]为变压器初级输入的最小直流电压；T为开关电源周期；[Tonmax]为开关管导通时间；[Po]为输出功率；η为变换效率。

初级线圈的电感为：

[Lp=UiminTonmax0Ipmax] （2）

初级绕组的匝数为：

[Np=UiminTonmaxScΔB×104] （3）

式中：[Sc]为磁芯有效截面积；[ΔB]为磁芯工作磁感应强度。

初次级绕组匝数比为：

[L0≥（Uin-U0）U0TUinI0] （4）

式中：[UD]为输出整流二极管，[Us]为次级输出电压。

次级绕组匝数为：

[n12=NpNs] （5）

变压器气隙为：

[Ig=μrN2pScLp] （6）

式中：[Ig]的单位为mm；[μr]=4π，[Sc]的单位为mm2；[Lp]的单位为mH。按照式（1）～式（6）计算得：[Ipmax]=3 A， [Lp]=16.7 μH， [Np]=7匝；18.5 V的匝数为9匝；±14.5 V时匝数为7匝。给PWM芯片供电的两个辅助绕组的匝数为6匝，变压器气隙为0.24 mm。

正激电路变压器的设计同样需要综合考虑电源的额定功率，转换效率、磁芯的窗口利用率以及磁芯的最佳磁密度。7.5 V选择RM6作为变压器磁芯，5.5 V选择RM8作为变压器磁芯。初级绕组匝数为：

[Np=UiminTonmaxScΔB×104] （7）

式中：[Tonmax]的单位为s，[ΔB]的单位为T，[Sc]的单位为cm2。

次级绕组匝数为：

[Ns≥Np（Us+UD）DmaxUimin] （8）

式中[Dmax]为最大占空比。

按照式（7）～（8）计算得：7.5 V输出[Np]为13匝，[Ns]为10匝；5.5 V输出[Np]为8匝，[Ns]为5匝。变压器导线电流密度取7～8 A/mm2。

2.2 输出滤波电路的设计

反激变换器由于其主变压器初级充当了储能电感的作用，因此其输出各路可以不要差模电感，考虑到EMC的需要，可在输出各路增加一个共模电感，反激变换器的输出电容可由式（9）算出。

[C≥5TsU08UoppR] （9）

式中：[Ts]为电源周期；[U0]为电源各路额定电压；[Uopp]为输出纹波电压，[R]为负载电阻，工程实际中还需要考虑电源的ESR值。

按照式（9）计算得：18.5 V输出[C≥]21 μF，14.5 V输出[C≥]19 μF，-14.5 V输出[C≥]7 μF。正激变换器输出差模电感工作在连续状态其输出纹波电压小，工作在非连续状态其输出纹波电压大。设计上一般将额定输出电流的设定为电感连续和非连续工作状态的临界点，得到输出差模电感的计算公式为：

[L0≥（Uin-U0）U0TUinI0] （10）

按照式（10）计算得：7.5 V输出[L0]=57 μH，5.5 V输出[L0]=20 μH。按照式（9）计算得各路输出滤波电容：7.5 V输出[C≥]169 μF，5.5 V输出[C≥]365 μF。

2.3 关键点波形和数据

表1列出了反激电路两个辅助绕组给正激电路PWM芯片供电的电压在不同输入电压负载一定下的电压值，表2列出了输入电压一定负载变化下的电压值。

表1 不同输入电压负载一定下的电压值 V

表2 输入电压一定负载变化下的电压值 V

图4 额定输入下反激电路主开关管漏源波形

图5 额定输入下7.5 V正激电路主开关管漏源波形

3 结 论

本文介绍了一种新型的星用多路输出开关电源，不仅有效地解决了传统星用开关电源的一些弊病，同时在电源的小型化设计上具备一定的优势，在星用开关电源的应用上具备广阔的前景。

图6 额定输入下5.5 V正激电路主开关管漏源波形

参考文献

[1] PRESSMAN A L.开关电源设计[M].王志强，译.北京：电子工业出版社，2005.

[2] 刘胜利.现代高频开关电源实用技术[M].北京：电子工业出版社，2001.

[3] 户川治郎.实用电源电路设计[M].北京：科学出版社，2005.

[4] 甘久超，谢运祥，颜凌峰.DC/DC变换器的多路输出技术综述[J].电工技术杂志，2002（4）：1?4.

开关电源芯片范文第4篇

【关键词】机电设备；开关电源；设计

1.机电设备中开关电源的工作原理

1.1 原理简介

在节电设备的开关电源中，开关元件主要是利用电子技术通过半导体等相关的元器件对开关的打开以及关闭进行控制，从而有效的保证电压能够稳定的输出。通过开关电源能够使得晶体管能够实现接通与关闭，晶体管导通的情况下，电压比较低，电流比较大；晶体管关闭时，电压比较高，电流比较小。半导体元件中电压与电流的成绩就是该元件的损耗量，所以说此类开关电源能够在损耗比较低的情况下能够提供多种直流电源。

在PWM工作的时候其首先是将输入电流的电压进行斩波，从而将其转换为与输入电压幅值相同的脉冲电压。对于机电设备开关电源的调节主要是通过脉冲的占空比进行控制的，通过PWM将其斩波为交流方波之后，就可以通过变压器等设备对幅值进行控制。想增加电压的组数，只需对变压器的绕组数目的增加就可以实现。通过整流滤波的作用，就能够获得我们所需要的直流电压。

在对机电设备开关电源的设计中，输入能够从母线出获取，这是对于变频器的特点进行分析得出的结论。在开关电源的设计中主要包括以下几个方面：输入电路、功率因数的校正以及转换、输出电路和频率振荡器等部分。

若想实现电能的转换主要是靠高频的电子开关实现的，根据数据分析可知若接通占空比的高地决定着负载电压的高地。

1.2 UC3842的反激式原理简介

对开关电源的分类通常有反激式变换器以及正激式变换器两种，在本文中笔者将对反激式变压器进行着重讨论。反激式变换器主要指的是变压器的初级性与次级性时不同的，而正激式变换器则与之相反。

对于反激式变换器的工作原理介绍：在打开的时候，Q1为导通的状态，在LP的两侧对其加以电压U0，此时的电流就会呈线性增加的方式进行升高，反激式变换器则进行储能作用；反激式变换器的此时的电压为N0/N2与Vm以及D的乘积，在这个时候位于L5两侧的电压上方的为负电压，下方的为正电压，但是D0由于反偏的作用就会停止。在其关闭的时候，Q1处于关闭状态，此时其中的电流为0，但是在原边中的电压的极性则呈反向，相应的副边电压也会发生调换，这时候之前所储存在变压器中的磁能就会转变为电能进行释放。

对于单端的反激式变换器来说，在其开关导通的时候能够进行电能的储存，在将开关关闭的时候能够将之前所储存的电能进行释放，所以说高频变压器不仅具有变压、隔离的作用，同时还是一种能够进行能力储存的元件。

2.关于开关电源的设计细节

2.1 所选用的器件介绍

通过UC3842能够产生PWM波形，能够对电流方式进行很好的控制。在这种电路中不但具有振荡器，而且具有能够为温度补偿提供参考等作用，若想有效的驱动MOSFET，就必须选用大电流图腾柱输出。

在UC3842中，首先要在其引脚的电路的1脚要求与定时电阻和电容之间进行连接，其作用是控制震荡频率；2脚与阻容元件之间进行连接，其主要作用就是对误差放大器的频率进行补偿；其3脚要与反馈电压的输入端之间进行连接，这样才能够实现其电压转向反响输入端的功能；与4脚进行连接的则是电流的检测输入端；；7脚的作用为基准的电压输出。

在TL431电路中的电压基准与齐纳管的运行为同种原理，利用外部电阻能够实现对其电压编程为40V，通常将其坎作为能够维持电压稳定的二极管，在其两端的输出电压主要是由它外部所连接的电阻所决定的。当TL431的输出电压提高的时候，就会使得其中的晶体管VT能够导通，其输出电压相应的就会降低。

由于在开关电源的输入端的电源大多都是从直流的母线中所取得的，在反激变换功率关断的时候就会使得电压出现顶峰，为了对电路进行保护就必须对其采取相应的措施以抑制。通过RCD能够有效的缓解存在于元器件两侧的过电压。通过RCD电路的设计，根据楞次定律的相关知识可以知道，当关断MOS的时候，能够在变压器的原边中形成一个非常高的瞬时电压，由此可见在设计选择MOS的时候要保证其能够承受的电压在实际电路输入电压的1.5倍以上。

2.2 关于电路

在机电设备的开关电源的设计主要是为了实现对于功率开关管的控制以及IC的控制，其电源的供给主要是通过直流母线，之后再设计各种电压的开关电源。在本文中笔者将对10V的开关电源的设计过程进行阐述，向大家讲解机械设备的开关电源设计中的关键。

UC3842这种芯片能够很好的实现对电流控制的功能，这种芯片主要是通过对频率的调节从而实现对输出电压的有效控制。在其工作的状态中在滤波器的作用下，能够对开关的噪音以及谐波等进行滤除。交流电压之间形成一个能够抗串膜的干扰电路，主要就是为了能够对噪声实现其抑制的作用。

电路中的交流电源能够在经其处理之后进去到整流器之中，从而获得我们所需要的电压。也就是说通过滤波电容的输入将输入电压中所存在的一些干扰因素进行去除，从而得到一个稳定的输出电压。

对于启动电路中主要包括电阻以及电容，若想保证其在启动之后能够正常工作，首先要保证其功率能够达到2W，在电容中所存储的能量要保证能够满足开关电源启动时的需求，不能够低于150uF。

由于此电源开关中有很多电路输出，不能够单纯的对其中的某一路进行反馈，所以说要在电路中设计一个反馈线圈来进行对电压的反馈，由此实现对没路输出进行很好的控制。通过整流滤波的作用能够为人们提供一个相对较为稳定的电压反馈。

在通过UC3842对电路进行保护的时候，如果输入端出现短路的情况，就会导致过流的现象，从而导致漏极电流明显的提高，其中的电压也会有明显的提高。

如果引脚中的电压超过2V的时候，比较器中就会输出比高电平，这样就会使锁存器复位，输出也就会随之而关闭。在这种情况下芯片的引脚中是没有输出电压的，从而达到了保护电路的目的。如果电路中的电压太高，不能够很好的实现对占空比的调整，就会导致变压器中的电压升高，从而输出也会关闭。

在电路短路的情况下，电流的突然增大所产生的热量就会使电阻值增大，实现断路的作用，经过技术解决之后，自恢复开关便能够恢复其阻抗值。

根据示波器的显示我们可以发现，在直流母线的上电过程中电压不够稳定，但是在芯片的调解下，能够有效地保证电压输出，由此可见其抗干扰的能力是非常强的，所以在一些比较复杂的环境中也能够正常的工作。

在机电设备开关电源的设计中要实现电源通道之间的相互隔离，只需在原基础之上加入一些新的元器件就能够达到我们的目的，投资不高，能够更好的对变频器进行利用。根据机电设备中开关电源的使用调查情况可以发现，此电路系统是非常安全的。

3.变压器的设计细节

3.1 变压器参数

变压器的工作频率为50kHz，变压器的工作周期为30us，其工作效率η为0.87；变压器的电压为220v±50%，所以其范围为110v—330v，该变压器的输出功率为120w。

3.2 变压器设计过程

在变压器的设计过程中首先要按照整流管的损耗选择合理的刺心，变压器的输入功率通过计算式计算为率P输入=P输出/η=120/0.87=138W。变压器的磁芯一般都是选用铁氧体的磁芯，主要原因是由于这种磁芯的电阻率比较高，而且价格比较便宜。

UC3842能够有效的对电流的峰值进行控制，在其正常运转的情况下，该芯片的占空比要小于0.6，在变压器的设计过程中占空比按照0.5进行计算，所以说在变压器的工作过程中开关管的导通时间为12.5微秒，变压器的输入电压为180v。

变压器工作过程中的磁通密度也非常重要，在其温度处于100摄氏度的时候其磁感应强度为400mT，将此时变压器的振幅折中计算，此时交变电流的磁通密度为0.238T。

对于边缘线的匝数的计算时，首先要掌握变压器中磁芯的有效面积，不同的变压器的型号可以找出其中的固定数值等方面进行计算。变压器的电源输出端与负载之间连接的时候通常都会使得电压降低，在变压器的设计中就要在设计基础之上对每个输出电路多设计出一匝，这样能够得到一个要高一些的电压，自后再由稳压器的转换得到我们所需要的电压。

4.结语

对于机电设备开关电源的设计具有非常高的要求，在对于开关电源的设计中只有很好的把握好其中的技术关键才能够保证设计成功。

由于机电设备经常性的开启和关闭，所以在设计开关电源的时候要保证能够在电磁干扰比较低的情况下为其提供稳定的电源，通过选取合理的电容值，避免波纹的出现对机电设备的供电产生影响。由于机电设备开关电源在性能方面比较优越，在未来的机电设备中的应用会变得越来越广泛，所以对于此类问题的研究还要不断的深入。

参考文献

[1]张帅，李俊刚，王兴.开关电源设计[J].科技资讯，2011，34.

开关电源芯片范文第5篇

【关键词】低功耗；电流模式；开关电源；电路

随着我国经济的不断增长，大力推动了科学技术的改革和创新，而电力电子技术也随之飞速发展。二十一世纪，是一个新的时代，其更加电子化。社会的发展和人们的生活越来越离不开电子技术，无论在工作、学习还是娱乐中，电子系统被广泛应用，与人们的生活密切相关，不可分割。人们所使用的任何电子设备都需要有可靠的开关电源来支持，因而，对开关电源的研究十分有必要。开关电源的发展在上世纪八十年代中有所成效，于计算机电源中全面实现，在上世纪九十年代中蓬勃发展，几乎所有的电子电器设备、通信设备或是控制检测设备，都采用了开关电源。开关电源是现代电力电子技术的体现，其能利用此技术来有效地控制开通时间和关闭时间的比例。能保证电压的稳定输出，是一种低功耗的电流模式。

1.开关电源控制的相关理论

开关电源是由变压器和PWM控制器、功率开关管和反馈电路组成的。其在不断地发展过程中，已有所成就和突破，优于线性电源。现阶段的开关电源所输出的电压具有高精度，其在开通和关闭之间的转换更为灵活，效率更高，其性能稳定、安全可靠。开关电源最大的优点在于其无需大体积的变压器，变压器在开关电源的工作中只需要50KHz至1MHz之间的高频，不再是过去的低频工作状态。变压器体积的缩小，减轻了电子系统的重量，体现了电源电路的小型化发展。在这个提倡环境保护，无污染绿色产品的新时期下，开关电源的发展，不仅要朝着集成化方向发展，更需要实现绿色化，以减少电源对环境造成的污染。

开关电源主要分为DC/DC变换和AC/DC变换，其中DC/DC变换器的生产技术已十分成熟，具有规范性，已经逐步实现模块化，被广大用户所接受，而AC/DC变换器在模块化上还有所欠缺，其在生产技术上较为复杂。

在电子设备中，电源是其不可或缺的重要部分。电源性能的稳定性对电子设备使用的安全性具有巨大的影响。而开关电源则能有效地节约电能，稳定电压，是电源发展的新趋势。

开关电源的控制方式主要有三种，分别是脉宽调制方式、脉冲频率调制方式和混合调制方式。脉宽调制方式能长期保持一种开关频率，利用调节脉冲的宽度，来改变其所占空间的比例。一般而言，集成开关电源大部分都是采用的脉宽调制方式；脉冲频率调制方式，是保持一定的脉冲宽度，利用对开关频率的转变，来改变其所占空间比例；混合调制方式，是将脉宽调制方式和脉冲频率调制方式的结合体，既不固定开关频率，也不固定脉冲宽度，其对占空比的调节最为宽泛。这种控制方式通常运用于试验室中。

2.低功耗电流模式的电路

2.1低功耗电流模式的电路工作原理

低功耗电流模式的电路在加电时，其外部的金属氧化物半导体场效应管处于关闭状态，只有HV端有直流电压流过，变压器是无电流的。在这种时候，芯片内部的高压电流，会利用Vcc端为电容供电，并且内部电路将会启动，开始工作。在Vcc端的电压不小于或是等于9.8V的时候，会促使振荡器进行工作，以传输矩形波；在Vcc端的电压超过11.4V的时候，电流源则会关闭。随着电路工作的顺利开展，在脉冲宽度调制信号的控制下，横向扩散金属氧化物半导体管将会开启或是关闭，使得电流流过变压器的线圈，光耦随之工作。光耦传递于FB端的电流会随着外部功率需求的减小而减小，其是以电压的形式输送于内部比较器中的反向断，当比较器在输送高电平时，使得触发器复位，则会导致功率开关管的关闭，以减少输出的电能，实现低功耗。

2.2低功耗电流模式的内部电路模块

低功耗电流模式的内部电路主要包含了基准源电路、振荡器电路、电压调节器电路和过温保护电路等。其内部电路的结构较为复杂。在内部电路中，基准源电路具有十分重要的地位，其是整个电源的参考标准，因而，基准源电路必须具有高度的稳定性。最为理想的基准源电路不会被电源和温度所影响，能为电路提供更为稳定的电压。在当下，能隙基准电压被广泛使用，其具有低功耗、稳定性好的特点；振荡器则会在工作中，输送出带有频率的震荡波形，尤其是锯齿波形；电压调节器有利于保证用电设备的恒定电压。在内部电压中，能隙基准电压源和芯片内部模拟电路所产生的电压不尽相同，基准电压源通常只可提供一个稳定电平，无法满足电子系统对大功率的需求。对此，就需要使用电压调节器来实现电平间的转换，使其具备驱动能力；过温保护电路，则是为了防止电子系统因电路过热而受到损害。若电路工作的温度达到所设置的标准温度时，过温保护电路则会关闭所有电路，直至电路温度下降于标准范围内。此后，电路便会重新工作。

3.低功耗电流模式开关电源电路的主要子模块

3.1基准电压源的设计

随着时间的推移，基准电压源的设计已有所成效，尤其是能隙基准电压源的产生，解决了许多问题，符合现代电子技术的要求。能隙基准电压源突破了传统的温度一阶补偿，提出一种现代化的温度系数高阶补偿，以保障其温度的稳定性。在研究基准电压源的温度特性时，我们可充分利用微电子技术，对其温度进行详细分析，通常将仿真的温度范围制定于零下四是摄氏度至100摄氏度。据实验证明，在这个温度范围内，能隙基准电压源可维持长期的稳定性，符合基准源电压的设计要求。

3.2振荡器电路的设计

振荡器是一种输送出带有频率的信号的电路，主要分为非调谐振荡器和调谐振荡器。其中非调谐振荡器所输送出的是三角波和方形波，而调谐振荡器所输送出的是正弦波。我们可以利用HSPICE来仿真振荡器的电路，以绘制出其仿真波形图。经实验可发现，振荡器的电压十分稳定，能够满足设计的要求。

3.3电压调节器电路设计

在对电压调节器的电路进行设计时，可采用普通两级运放的结构。在电路的输入部分可采用差分形式，以提高整个电路的工作效益，尽可能减少电路工作中所产生的噪音；在第二级中，则可应用反相器结构，由其来继续差分输入级未完成的转换任务。除此之外，在设计过程中，还要采用合理的补偿方式，以保障电路的稳定性。目前，最为先进的补偿方法便是Milloer补偿技术，其能实现运放频率特性的有效转变。

4.结束语

随着时代的进步，科学技术的日新月异，开关电源的发展也蒸蒸日上，市场对开关电源的发展提出了新的要求。为提高市场竞争力，迎接高难度的挑战，开关电源必须寻找出新的发展方向，以满足社会各领域对开关电源的需求。开关电源需要具备高频、低功耗的特点，要具有高度的可靠性，符合环保要求，实现开关电源的绿色化。便捷式的电子设备逐渐增对，其需要更为高效的职能电源控制芯片来有效地控制开关电源，以实现电源管理芯片的智能化。因此，对于低功耗电流模式开关电源电路的探讨，已成为我国电力电子技术发展中的重要研究课题。 [科]

【参考文献】

[1]高自力.开关电源电路故障分析与检测技巧[J].电脑开发与应用，2010，（23）.

[2]李琦，任卫东，朱颖杰等.一种低功耗、绿色节能电源的研究与设计[J].电源技术，2012，（36）.