开关电源设计

随着电子技术的飞速发展, 充电器、笔记本电脑、变频空调、节能冰箱等已经普及人们的生活, 为人们带来极大的便利, 而这些设备都离不开电源。开关电源以其体积小 (为线性电源的20%～30%) 、重量轻 (为线性电源的20%～30%) 、功耗小 (因为功率晶体管工作在开关状态) 、效率高 (一般为60%～70%, 而线性电源只有30%～40%) 等优点在这些电子设备中得到了广泛的应用。

1 基本原理

开关电源的工作原理是将交流电网中的电压经整流滤波等操作变为人们所需要的稳定的直流电压。简言之, 其工作原理如下: (1) 将输入的交流电经过整流滤波电路变成需要的直流电。 (2) 用PWM信号 (脉冲宽度调制信号) 来控制开关管, 将直流电压加到开关变压器的初级上。 (3) 将开关变压器的次级输出的高频电压经过整流滤波处理后供给负载。 (4) 输出信号通过电路反馈给控制电路, 控制PWM占空比, 从而得到稳定的输出。

开关电源的基本结构主要由输入电路、变换电路、输出电路、控制电路、保护电路五部分组成。 (1) 输入电路:输入电流包括输入电网滤波器和输入整流滤波器。 (2) 变换电路:变换电路包括开关器件和变压器。 (3) 输出电路:输出电路主要是输出整流滤波器。 (4) 控制电路:检测输出的直流电压, 并将其与基准电压进行比较, 进行放大。调制振荡器的脉冲宽度, 从而控制变换器以保持输出电压的稳定。 (5) 保护电路:保护电路的作用是:当开关电源发生过压、过流、短路等现象时, 使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。

2 基于TOPSwitch系列高频开关电源集成芯片开关电源的设计

美国PI公司开发的TOPSwitch系列高频开关电源集成芯片的出现, 使开关电源电路设计更为标准成熟、简洁便捷。目前, 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。该系列集成芯片有P、G、Y、R四种常见封装, 文中以Y、R封装为例对该系列芯片进行简单介绍。

由图1可以看出, TOPSwitch系列高频开关电源集成芯片内部集成了前面介绍的很多电路模块, 如过流保护电路、过压保护电路、控制电路等, 使电路设计更为简单, 只需在该集成芯片外接整流滤波电路和变换电路 (即变压器模块) 即可。其简化电路如图2所示。

3 结语

TOPSwitch系列高频开关电源集成芯片内部集成了较多的电路模块, 提高了电路的抗干扰能力和精度, 同时减少了设计者的设计难度, 提高了电路设计效率, 受到广大研究者的青睐, 有较好的应用前景。

摘要：开关电源具备线性电源所没有的很多优点, 在现代生活中应用得非常广泛。本文介绍了开关电源的工作原理及其设计, 并简单描述了利用TOPSwitch系列高频开关电源集成芯片设计开关电源的方法。

关键词：开关电源,TOPSwitch,开关电源集成芯片

参考文献

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