TOPSwitch器件在电源中的应用

31降压型（BUCK）功率变换电路

TOPSwitch器件在降压型功率变换电路中的使用如图4(a)所示。降压型功率变换电路是最简单的PWM型DC/DC功率变换电路，动态特性较好。但是，降压型功率变换电路的缺点是输入电流为脉动的，极易产生电磁干扰；稳态电压比小于1，故只能降压不能升压，且只能提供单个输出，不能提供多路输出。

32升压型（BOOST）功率变换电路

TOPSwitch器件在升压型功率变换电路中的使用如图4(b)所示。同降压型功率变换电路相比，升压型功率变换电路输入电流是连续的，输入源的电磁干扰减轻了。但是升压型功率变换电路输出侧电流是脉动的，输出纹波较大；升压型功率变换电路只能升压而不能降压；同样只能提供单个输出，不能提供多路输出。

33正激式（FORWARD）功率变换电路

TOPSwitch系列器件在正激式功率变换电路中的应用如图4(c)所示。正激式功率变换电路是具有直流隔离的降压型功率变换电路。由于加入了变压器，正激式功率变换电路不但实现了输入和输出的直流隔离，而且不再受降压型功率变换电路输出电压小于输入电压的限制，并可提供多路电压输出。

34反激式（FEEDBACK）功率变换电路

　　TOPSwitch系列器件在反激式功率变换电路中的应用如图4(d)所示。反激式功率变换电路同样具有直流隔离功能。反激式功率变换电路中的变压器，除

图4TOPSwtich在不同拓扑结构的功率变换电路中的应用

（a)BUCK(b)BOOST(c)FORWARD(d)FEEDBACK

了起隔离作用之外，还具有储能的功能。理想情况下，初级和次级线圈中不会同时有电流存在。反激式功率变换电路输出电压不受输入电压的限制，亦可提供多路电压输出。

　　在设计脱线、隔离式开关电源时，图4(d)所示反激式功率变换电路相对而言是一个最优的选择。

　　出于安全性的考虑，脱线式功率变换电路一定要用变压器将初、次级相互隔离。此外，大多数功率变换电路还需要电感来存储能量并作为输出脉宽调制波形的低通滤波器。反激式功率变换电路则不需要额外的电感，因为电路中的变压器可同时实现直流隔离、能量存储和电压转换的功能，所以相对于其他隔离式功率变换电路，反激式变换电路的元器件数目，特别是磁性元件的数目最少，在小功率应用中，成本低廉，颇具吸引力。不过，当功率达到100W，输出电流接近10A后，电路元器件所承受应力的增大，使成本迅速增加，系统总成本可能会高于其他电路拓扑结构。

　　若在反激式功率变换电路的变压器上增加“反馈”线圈，则可直接得到与输出电压成正比的反馈电压。这表示在初级电路中即可实现对次级电路的控制，不需要在初级电路和次级电路中使用光电耦合器或其他隔离的控制设备。反激功率变换电路中的变压器，从严格意义上讲只是相互耦合的电感。由于耦合电感直接牵涉到电、磁能量的转换，所以磁性元件和磁路的设计，特别是变压器的设计十分复杂。美国功率集成公司针对反激式功率变换电路对TOPSwitch器件进行了优化，并提供了EXCEL电子表格来设计反激式开关电源开发软件，下一节介绍的就是应用EXCEL电子表格来设计反激式开关电源的实例。

4应用EXCEL电子有格来设计反激式开关电源

　　应用EXCEL电子表格设计反激式开关电源是美国功率集成公司为引导设计师按给定系统的要求和规格，采用TOPSwitch系列器件求得满意结果的电源设计而提出的一种方案。

　　脱线式开关电源设计，涉及电子工程领域的许多内容：模拟和数字电路、二极管和MOS功率器件的特性、磁学、热的考虑、安全要求、控制环路的稳定性等等，因此，设计开关电路需要考虑大量相互之间关系复杂的设计变量。然而，由于TOPSwitch的高度集成性，许多设计问题已在芯片之内得到了解决。芯片外部需解决问题极少，系统设计时所需考虑的变量数目大大减少。加上TOPSwitch内建环路稳定性很高，所以，不但开关电源的设计简化了，而且使得程序化设计成为可能。

　　开关电源的设计过程，本质上就是对系统变量进行反复计算和调整，使系统最优化的过程。而在反激式功率变换电路中，需要反复计算的公式相对来说不太复杂。如果使用电子数据表格，那么设计一个简单的开关电源的时间可缩短到10分钟。

　　表1是美国功率集成公司提供的可在个人电脑（PC）上的EXCEL程序中运行的电子数据表格。运用该电子表格，反激式开关电源设计所需计算的公式全部可由计算机来完成，具体步骤如下：

　　（1）根据应用的要求和所使用的变压器，选择TOPSwitch器件以及所采用的电路（可从四种电路中任选一种，本例为反激式）。

　　（2）确定输入变量的估计值，将其填入电子表格，得到中间参数和输出参数的值。

　　（3）改变输入变量值反复进行计算，直到所选择的输出参数值满足要求。

　　表中的B列填入输入变量的值，C列和D列显示中间参数和输出参数的值，最终的输出参数的值在D列。其中Krp是美国功率集成公司引入的一个新变量，定义为初级电路的电流纹波和电流峰值的比值，用来描述TOPSwitch漏极电流波形，以简化计算。

　　对于特定的应用和变压器，表中23个变量中的20个反复计算时是保持不变的。只有次级线圈圈数的Ns,电流纹波和峰值的比值Krp和初级绕组层数L三个变量在重复过程中需要改变取值。

　　所有参数在重复计算时，需要对最大磁通量密度Bm，气隙长度Lg，初级载流量CMA三个参数进行检查，判断取值是否满足要求。至于其他的参数，则是中间值或者是最终结果，供选择或制造元器件的时候使用。

　　应用电子表格进行设计时，不断改变Ns，Krp，L的值进行重复计算，最后当Bm，Lg，CMA均满足要求时，一个基本的TOPSwitch反激式变压器的设计就完成了。按此设计出的电源一般可以正常工作，在电源输入电压达到最小值时，功率传输比可达最大值。