一种大功率单片开关电源的设计

引言
    开关电源具有效率高、重量轻、体积小，稳压范围宽等突出优点，从20世纪中期问世以来，发展极其迅猛，在计算机、通信、航天、办公和家用电器等方面得到了广泛的应用，大有取代线性稳压电源之势。提高电路的集成化是开关电源的追求之一，对中小功率开关电源来说是实现单片集成化。开关集成稳压器是指将控制电路、功率开关管和保护电路等集成在一个芯片内，而由开关集成稳压器构成的开关电源就称之为单片开关电源。美国PI公司的单片开关电源系列是其显著的代表。

l 用TOPswitch—GX设计的250W开关电源
    TOPSwitch—GX设计的250W开关电源电路如图1所示。直流电压经变压器的原边加到TOPSwitch—GX的漏极D；频率选择端F和极限电流设定端X与源极S相连，则该两端的功能都没用，即不从外部设定极限电流，内部自动设定自保护电流ILIMIT，开关工作频率为132K；控制极和光耦LTV817相连，接受反馈信号以实现对内部集成的高压功率MOS管占空比的控制；线路检测端L通过一2MΩ的电阻和直流高压输入的正端相连以实现过压、欠压线电压前馈的线电压检测。整个电路为单端反激式，TOPSwitch—GX为开关集成稳压器，反馈电路主要有光耦LTV817和与之串连的三个稳压二极管构成。电容C1为高频滤波电容；瞬态电压抑制器P6KE200和超快恢复二极管BYV26C构成钳位电路，并在其中串入RC吸收电路(由R2，R3和C6组成)，这样除了可以吸收部分漏感中的能量以外，还可将电压钳位在200V，可使开关电源在启动或过载的情况下TOPSwitch—GX内部集成MOS管的漏极电压不超过700V；光耦LTV817和稳压二极管(VR2～VR4)构成反馈电路，R6是光耦中LED的限流电阻，它还决定控制环路的增益，输出电压变化时则流过光耦中LED的电流相应变化，从而光送到芯片控制极C的电流也相应变化，芯片内部据此产么的PWM信号占空比发生变化最终使输出电压稳定；高频变压器T1的副边输出经过MURl640CT整流和C9，C10和C11滤波，再经过磁珠L1和C12滤掉开关噪声后，得到输出电压；VD4和C14构成软启动电路。

2 高频变压器设计
    对于PI公司的单片开关电源来说，高频变压器采用PI公司相关的开关电源计算机辅助设计软件来设计。本方案采用的是PI Expert 7．0专家系统。图2是用该软件设计的变压器的结构。

3 测试结果
    该电源输出功率为250W，效率至少为85％，负载调整率为±5％，纹波电压峰一峰值小于100mV，空载功耗不大于1．4W。

      本方案选用TOP249Y设计，输出功率250W时工作于其上限功率，故要保持良好的散热条件(芯片温度要保持在110℃以下)，也可用TOP250Y替换该元件。

4 结束语
    单片开关电源具有单片集成化、最简外围电路、最佳性能指标、能以无工频变压器电器实现完全隔离等显著优点，是我们设计290W以下开关电源的理想选择。