基于TopswitchⅡ芯片開關電源理論設計與仿真

　　摘要：介紹了開關電源的基本原理，以及TopswitchⅡ型開關芯片的結構，探討了基于該芯片小功率通用開關電源的設計過程中開關管的選型，主要元件參數的計算等問題。最后通過仿真試驗，對電源的設計過程進行了認證。

　　引言

　　直流穩壓電源是現代電力電子系統中的重要組成部分，好的直流電源系統是高質量現代電子系統的重要保證。開關電源本身種類繁多，設計方法也復雜多樣，因此研究一種簡潔的方法去快速設計出所需要的通用型高效率，低廉價格的開關電源是很有必要的。

　　1 開關電源工作原理

　　開關直流穩壓電源是基于方波電壓的平均值與其占空比成正比以及電感、電容電路的積分特性而形成的。其基本工作原理是，先對輸入交流電壓整流，從而形成脈動直流電壓，經過DC-DC 變換電路變壓，再通過斬波電路形成了不同脈沖寬度的高頻交流電，然后對其整流濾波輸出需要電壓電流波形。如果輸出電壓波形偏離所需值，便有電流或電壓采樣電路進行取樣反饋，經過與比較電路的電壓值進行參數比較，把差值信號放大，從而控制開關電路的脈沖頻率f 和占空比D，以此來控制輸出端的導通狀態。因此，輸出端便可以得到所需的電壓電流值。

　　如圖1， 將開關電源模塊劃分為以下幾個部分。

　　根據電力系統的實際需要，通過對各個部分進行分析，便可以設計出相應的開關電源產品。

　　圖1 開關電源原理框圖。

　　2 TopswitchⅡ簡介

　　TOPSwitch Ⅱ是POWER 公司生產的高集成的用于開關電源的專用芯片。它將功率開關管與其控制電路集成于一個芯片內，并具有自動復位，過熱保護與過流保護等功能，其功能原理圖如圖2 所示。當系統上電時，D 引腳變為高電位，內部電流源開始工作且片內開關在0 位，TOPSwitch 給并接在C 引腳的電容C5（見圖2） 充電。當C5 端電壓達到5.7 V 后，自動重起電路關閉，片內開關跳到1 位。C5 一方面提供TOPSwitch 內部控制電路的電源，使誤差放大器開始工作，另一方面提供一反饋電流以控制開關管的占空比。MOSFET 開關管的驅動信號由內部振蕩電路、保護電路和誤差放大電路共同產生。C5 兩端的電壓愈高，MOSFET 開關管驅動脈沖的占空比愈小。

　　3 TOPSwitch 芯片的選型

　　在設計開關電源時，首先就要面臨如何選擇合適的開關電源控制芯片。在選擇芯片的時候，要既能滿足要求，又不因為選型造成資源的浪費。下面就介紹利用TopswitchⅡ系列開關電源的功率損耗（ PD ） 與電源效率（η），輸出功率（ Po ） 關系曲線，快速選擇芯片的型號，從而完成寬范圍輸入的通用開關電源的設計。

　　圖2 TOPSwitch芯片內部原理圖。