开关电源电路图及原理设计
目 录
集成开关稳压电源系统设计(摘要) ………………………………3
第一章 集成开关稳压电源的发展概况及主要特点……………4
第二章 集成开关稳压电源的设计要点……………………………9
第三章 集成开关稳压电源外围器件的选择………………………18
第四章 TOPSwitch-GX系列的典型应用…………………………27
结 束 语………………………………………………………… 34
参考文献…………………………………………………………… 35
集成开关稳压电源的系统设计
【摘要】开关电源(Switch Mode Power Supply,简称SMPS)被誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。目前，开关电源正进入一个蓬勃发展的新时期，各种新技术不断涌现，新工艺被普遍采用，新产品层出不穷。突出表现在以下几个方面：开关电源正朝着短、小、轻、薄、单片集成化、智能化、高效节能、绿色环保的方向发展，开关电源的保护电路日趋完善，其电磁兼容性设计也取得了突破性进展，专用计算机软件的问世为开关电源的优化设计提供了便利条件，而开关电源的计算机仿真技术也取得了进展。所有这些，都为新型开关电源的推广与普及创造了有利条件。
【关键字】EMI滤波电路 软启动电路 连续模式CUM(Continuous Mode) 不连续模式DUM(Discontinuous Mode) 保护电路 反馈电路 输出电路
第一章 集成开关稳压电源的发展概况及主要特点
一 集成开关电源的发展概况
近20多年来，集成开关电源沿着下述两个方向不断发展。第一个发展方向是对开关电源的核心单元——控制电路实现集成化。1977年国外首先研制成功PWM（脉冲宽度调制）控制器集成电路，美国Motorola公司 、Silicon General公司、Unitrode公司等相继推出一批PWM芯片，其典型产品有MC3520、SG3524、UC3842。在此基础上，国外又研制出开关频率达1MHz的高速 PWM、 PFM芯片，典型产品如UC1825。
第二个发展方向则是对中、小功率开关电源实现单片集成化。这大致分为两个阶段：20世纪80年代初，意-法半导体有限公司(SGS-Thomson,简称ST)率先推出L4960系列单片开关稳压器。ST公司于90年代初又推出了L4970A系列产品，包括L4970A-L4977A。该公司在1998年还研制出L4978型单片开关式稳压器。其共同特点是将脉宽调制器、功率输出级、保护电路集成在一个芯片中，但使用时需配工频变压器与电网隔离，适合制作低压可调式输出（5.1-40V），大中功率（400W以下），大电流（1.5-10A）。高效率，可达90%的开关电源。但从本质上讲，它仍属于DC/DC电源变换器。
1994年，美国电源集成(Power Integrations,简称PI)公司在世界上率先研制成功三端隔离式脉宽调制型单片开关电源，它属于AC/DC电源变换器，其第一代产品为1994年TOPSwitch系列，第二代产品是1997年问世的TOPSwitch-II系列，第三代和第四代产品是在2000年1月和11月相继推出的TOPSwitch-FX,TOPSwitch-GX系列单片开关电源。该公司还于1998年开发出高效、小功率、低价位的TinySwitch系列微型单片开关电源、2001年又推出了TinySwitch-II系列产品。
在2002-2004年期间，PI公司最新推出了LinkSwitch系列高效率恒压/恒流式三端微型节能单片开关电源、LinkSwitch-TN系列四端隔离式微型节能单片开关电源、LinkSwitch-HF系列四端隔离式增强型高效微型单片开关电源和DPA-Switch系列高效率单片DC/DC电源变换器。
此外，意-法半导体有限公司最近也相继开发出如下产品VIPer12A.VIPer22A.VIPer50A.VIPer50B.VIPer53.VIPer100.VIPer100A.和VIPer100B等中、小功率单片开关电源系列产品。
荷兰飞利浦(Philips)公司于2000年-2004年期间开发的“绿色芯片(GreenChip)”---STARplug产品，采用高电压EZ-HV工艺技术和低电压Bi-CMOS工艺，将模拟、数字与电源电路集成在一个芯片上，为设计各种低功耗、低成本的小型化电源适配器及备用电源提供了解决方案。该公司先后研制成功TEA1510.TEA1520.TEA1530.TEA1620等系列的单片开关电源，它们属于反激式开关电源。到目前为止，飞利浦公司在全球以售出1亿块绿色芯片，广泛应用于电视机电源到笔记本适配器等各个领域。
表1-1通用型单片开关电源的产品分类
第一代产品 第二代产品 第三代产品 第四代产品
TOPSwitch系列 TOPSwitch-Ⅱ系列 TOPSwitch-FX TOPSwitch-GX
TOP100/TOP200 TOP221-TOP227 TOP232-TOP234 TOP242-TOP250
1994年 1997年 2000年1月 2000年11月-2002年1月
三端器件 三端器件 五端器件适配微控制器(MCU) 优端/五端器件适配微控制器(MCU)
最大输出功率Pom≤150W 最大输出功率Pom≤150W Pom≤75W Pom≤290W
开关频率f=100Hz 开关频率f=100Hz f=130kHz/65kHz f=132kHz/66kHz
交流电压输入范围 u=85v-265V
电源效率n=80%左右
表1-2微型单片开关电源的产品分类
第一代产品 第二代产品
TinySwitch系列 TinySwitch-Ⅱ系列
NTY253-NTY255 NTY256 NTY264-NTY268
1998年 1999年 2001年3月
四端器件
Pom≤10W Pom≤19W Pom≤23W
f=44kHz f=130kHz F=132kHz
表1-3 4种高效节能型单片开关电源的产品分类
LinkSwtich系列 LinkSwtich--TN系列 LinkSwtich--H系列 DPA--Swtich
恒压/恒流式单片开关电源 隔离式、节能型单片开关电源 隔离式、增强型单片开关电源 单片DC/DC电源变换器
LNK500-LNK501-LNK520 LNK304P-LNK306 LNK353-LNK354 DPA423-DPA426
2004年9月 2004年9月 2004年8月 2003年4月
三端器件 四端器件 四端器件 优端器件
Po<5.5W Io<360mA Po<5W Po<100W
f=42kHz f=66kHz f=200kHz f=400kHz/300kHz
美国安森美(Onsemi)半导体公司也相继开发出NPC1000.NPC1050.NPC1200系列单片开关电源。最大输出功率为40W，可广泛用于电器的辅助电源和便捷式电池充电器、调制解调器、消费类电子产品的备用电源。
二 开关电源的主要特点
单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标、能够成高效率无工频变压器的隔离式开关电源等特点。目前，单片开关电源已形成15大系列100多种型号的产品。
三 集成开关电源的应用领域
单片开关电源一经问视陪显示出强大的生命力，目前以成为国际上开发290W以下中、小功率开关电源、精密开关电源、特种开关电源及电源模块的优选集成电路。由它构成的开关电源，在成本上与同等功率的线性稳压电源相当，而电源效率显著提高，体积和重量大约可减小1/3-1/2，展示了良好的应用前景。
单片开关电源的主要应用领域如下：
（1）通用开关电源
各种通用开关电源：
开关电源模块：
精密开关电源模块：
智能化开关电源模块：
（2）专用开关电源。
微机、USB接口电源、彩电、录象机(VCR)、摄录象机(CVCR)、个人数字助理(PDA)、LCD监视器、DVD刻录驱动器等高档家用电器中的待机电源
电子仪器仪表中的电源：
调制解调器电源：
IC卡付费电度表中的小型化开关电源模块：
机顶合(Set-top Box)电源：
手机、MP3、DVD播放器的电池充电器：
AC/DC电源适配器、辅助电源等。
（3）特种开关电源
复合型开关电源：
恒压/恒流型开关电源：
截流输出型开关电源：
恒功率输出型开关电源；
功率因数校正器(PFC):
其它类型的特种开关电源。760
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