在眾多的PI產(chǎn)品中,我最喜歡的是TOP Switch224設(shè)計的一款小功率開關(guān)電源設(shè)計
采用TOP Switch器件的開關(guān)電源與采用分立的MOSFET功率開關(guān)及PWM集成控制器的開關(guān)電源相比,具有以下特點:
1、成本低廉。使用TOP Switch器件,比用其他開關(guān)電源節(jié)省很多個元器件,從而使產(chǎn)品的大小和重量減少;TOP Switch因采用了源極調(diào)節(jié)板和可控的MOSFET通態(tài)驅(qū)動,故電磁干擾(EMI)和EMI濾波器的成本可明顯降低;
2、系統(tǒng)效率高。TOP Switch系采用CMOS工藝制作,并在芯片中集成了盡可能多的功能,故與采用二極管或分立的功率開關(guān)電路相比,偏置電流顯著降低;開關(guān)電源所需的功能集成于芯片中后,外部的電流傳感電阻和初始起動偏壓電流的電路均可除去,系統(tǒng)效率大大提高。特別是TOP Switch器件專門針對反激式功率變換電路進行了優(yōu)化,使最大值占空比可達70%,TOP100~TOP104,TOP200~TOP204/TOP214的效率可達90%,TOP209/TOP210的效率也可超過80%;電源設(shè)計簡化。
對于小功率的開關(guān)電源的設(shè)計,TOP Switch系列芯片以其電路簡捷,體積小,重量輕,自保護功能齊全,設(shè)計方便等優(yōu)點在該領(lǐng)域的應(yīng)用上有很大的優(yōu)勢。
TOPSwitch-II系列芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。主要由以下幾部分組成:N溝道高壓MOSFET管、柵極驅(qū)動器、電壓模式的PWM控制器、誤差放大器、100kHz振蕩器、輸入欠壓保護、輸出過流、過熱保護電路及尖峰抑制電路等。
一般說來只要按照PI公司的典型電路來設(shè)計原理圖并制作PCB板并選取合適的元器件,就能夠?qū)崿F(xiàn)電路的基本的功率變換作用。但是設(shè)計一臺各種性能最優(yōu)化的開關(guān)電源還需要注意以下事項:(1) 根據(jù)不同的功率選擇相應(yīng)的TOPSwitch-Ⅱ芯片,并同時設(shè)計相應(yīng)的變壓器。尤其是變壓器的勵磁電感和磁芯的體積的選取要合適,否則可能輸出的功率不能夠滿足要求。變壓器繞制時對氣隙的把握一定要合適,氣隙太大或會導(dǎo)致勵磁電感減小,同時可能會導(dǎo)致輸出功率不足。(2) 如下圖中的D2和D1一定要用快恢復(fù)的二極管,否則會導(dǎo)致電路不能正常工作。(3) 曲型應(yīng)用電路中的C4在印制電路板的布局中和TOP芯片連接時布線一定要短、直,否則會導(dǎo)致電路不能正常運行。(4) 為了減小電壓輸出的紋波和高頻噪聲,一般除了采用圖示典型應(yīng)用電路中的電感和電容濾波外,還采用在變壓器輸出腳上套一塊小磁環(huán),即可抑制高頻噪聲的產(chǎn)生。(5) 要想設(shè)計效率較高的開關(guān)電源,可設(shè)計成在滿負荷運行時使該電路工作在斷續(xù)狀態(tài),但可能會導(dǎo)致所使用的芯片成本提高。如工作在連續(xù)狀態(tài)時,采用TOP223就可能滿足功率的要求,但為了提高效率,可能需要采用TOP224,同時變壓器的磁芯體積要求加,因此設(shè)計時要綜合考慮。
PSIM仿真圖