1設(shè)計(jì)概述

自從20世紀(jì)90年代以來(lái)，各種單片開(kāi)關(guān)電源集成電路競(jìng)相問(wèn)世，現(xiàn)已形成TOPSwitch、TOPSwitch并頡TOPSwitchFX、TOPSwitchGX、TinySwitch和TinySwitchII六大系列近百種型號(hào)。它們具有高集成度、高性價(jià)比、最簡(jiǎn)外圍電路、最佳性能指標(biāo)等顯著優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為國(guó)際上開(kāi)發(fā)250W以下中、小功率開(kāi)關(guān)電源、精密開(kāi)關(guān)電源及電源模塊的優(yōu)選集成電路。

單片開(kāi)關(guān)電源不僅在整機(jī)電路設(shè)計(jì)、高頻變壓器設(shè)計(jì)、反饋電路、保護(hù)電路和關(guān)鍵元器件的選擇方面有許多獨(dú)到之處，而且特別適合用計(jì)算機(jī)來(lái)完成整個(gè)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)工作，這已成為國(guó)際電源領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)。由美國(guó)PI（PowerIntegrations）公司開(kāi)發(fā)的PIExpert軟件正是采用了這項(xiàng)技術(shù)。但是，該軟件沒(méi)有作為商品對(duì)外出售，所贈(zèng)送的光盤也對(duì)軟件的安裝使用次數(shù)以及運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行了嚴(yán)格限制，軟件的原代碼更列為公司的最高機(jī)密。此外，PIExpert軟件亦存在某些不足之處，突出表現(xiàn)在每種系列產(chǎn)品各對(duì)應(yīng)于一套專門的軟件，并且只能對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，也給用戶使用帶來(lái)一些不便之處。

為解決上述問(wèn)題，促使這項(xiàng)新技術(shù)能夠在國(guó)內(nèi)迅速推廣應(yīng)用，我們?cè)趨⒖糚IExpert的基礎(chǔ)上，利用VisualBasic（以下簡(jiǎn)稱VB）語(yǔ)言獨(dú)立開(kāi)發(fā)出通用性很強(qiáng)的KDPExpert專家系統(tǒng)，為開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)人員提供了一套功能強(qiáng)大而又簡(jiǎn)便實(shí)用的設(shè)計(jì)軟件。該軟件不僅適用于TOPSwitch、TOPSwitch并頡TOPSwitchFX和TOPSwitchGX系列，還為將來(lái)問(wèn)世的新產(chǎn)品預(yù)留出足夠的接口。本講座詳細(xì)闡述利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)單片開(kāi)關(guān)電源的新技術(shù)以及KDPExpert軟件的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)方法、界面風(fēng)格和使用指南。為了敘述方便，下面統(tǒng)一用TOPSwitch來(lái)表示TOPSwitch、TOPSwitch并頡TOPSwitchFX和TOPSwitchGX系列。

2單片開(kāi)關(guān)電源的兩種工作模式

單片開(kāi)關(guān)電源有兩種基本工作模式：一種是連續(xù)模式CUM（ContinuousMode），另一種是不連續(xù)模式

圖1兩種模式的開(kāi)關(guān)電流波形

（a）連續(xù)模式（b）不連續(xù)模式

DUM（DiscontinuousMode）。這兩種模式的開(kāi)關(guān)電流波形分別如圖1（a）及圖1（b）所示。由圖可見(jiàn)，在連續(xù)模式下，初級(jí)開(kāi)關(guān)電流是從一定幅度開(kāi)始的，然后上升到峰值，再迅速回零。其開(kāi)關(guān)電流波形呈梯形。這表明在連續(xù)模式下，由于儲(chǔ)存在高頻變壓器的能量在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)并未全部釋放掉，因此下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期具有一個(gè)初始能量。采用連續(xù)模式可減小初級(jí)峰值電流IP和有效值電流IRMS，降低芯片的功耗。但連續(xù)模式要求增大初級(jí)電感量LP，這會(huì)導(dǎo)致高頻變壓器的體積增大。綜上所述，連續(xù)模式適用于功率較小的TOPSwitch和尺寸較大的高頻變壓器。

不連續(xù)模式的開(kāi)關(guān)電流是從零開(kāi)始上升到峰值，再降至零的。這就意味著儲(chǔ)存在高頻變壓器中的能量必須在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)完全釋放掉，其開(kāi)關(guān)電流波形呈三角形。不連續(xù)模式下的IP、IRMS值較大，但所需要的LP較小。因此，它適合于采用輸出功率較大的TOPSwitch，配尺寸較小的高頻變壓器。

3單片開(kāi)關(guān)電源反饋電路的四種基本類型

單片開(kāi)關(guān)電源的電路可以千變?nèi)f化，但其反饋電路只有四種基本類型：

（1）基本反饋電路；

（2）改進(jìn)型基本反饋電路；

（3）配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路；

（4）配TL431的光耦反饋電路。

它們的簡(jiǎn)化電路如圖2所示。

圖2（a）為基本反饋電路，其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，成本低廉，適于制作小型化、經(jīng)濟(jì)性開(kāi)關(guān)電源；其缺點(diǎn)是穩(wěn)壓性能較差，電壓調(diào)整率SV=±1.5％～±2.5％，負(fù)載調(diào)整率SI≈±5％。

圖2反饋電路的四種基本類型

（a）基本反饋電路（b）改進(jìn)型基本反饋電路（c)配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路(d)配TL431的光耦反饋電路

＊當(dāng)f=130kHz時(shí)，Δf=±4kHz；當(dāng)f=65kHz時(shí)，Δf=±2kHz。

表1單片開(kāi)關(guān)電源典型產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)