基于TopswitchⅡ芯片开关电源理论设计与仿真

　　摘要：介绍了开关电源的基本原理，以及TopswitchⅡ型开关芯片的结构，探讨了基于该芯片小功率通用开关电源的设计过程中开关管的选型，主要元件参数的计算等问题。最后通过仿真试验，对电源的设计过程进行了认证。

　　引言

　　直流稳压电源是现代电力电子系统中的重要组成部分，好的直流电源系统是高质量现代电子系统的重要保证。开关电源本身种类繁多，设计方法也复杂多样，因此研究一种简洁的方法去快速设计出所需要的通用型高效率，低廉价格的开关电源是很有必要的。

　　1 开关电源工作原理

　　开关直流稳压电源是基于方波电压的平均值与其占空比成正比以及电感、电容电路的积分特性而形成的。其基本工作原理是，先对输入交流电压整流，从而形成脉动直流电压，经过DC-DC 变换电路变压，再通过斩波电路形成了不同脉冲宽度的高频交流电，然后对其整流滤波输出需要电压电流波形。如果输出电压波形偏离所需值，便有电流或电压采样电路进行取样反馈，经过与比较电路的电压值进行参数比较，把差值信号放大，从而控制开关电路的脉冲频率f 和占空比D，以此来控制输出端的导通状态。因此，输出端便可以得到所需的电压电流值。

　　如图1， 将开关电源模块划分为以下几个部分。

　　根据电力系统的实际需要，通过对各个部分进行分析，便可以设计出相应的开关电源产品。

　　

　　图1 开关电源原理框图。

　　2 TopswitchⅡ简介

　　TOPSwitch Ⅱ是POWER 公司生产的高集成的用于开关电源的专用芯片。它将功率开关管与其控制电路集成于一个芯片内，并具有自动复位，过热保护与过流保护等功能，其功能原理图如图2 所示。当系统上电时，D 引脚变为高电位，内部电流源开始工作且片内开关在0 位，TOPSwitch 给并接在C 引脚的电容C5（见图2） 充电。当C5 端电压达到5.7 V 后，自动重起电路关闭，片内开关跳到1 位。C5 一方面提供TOPSwitch 内部控制电路的电源，使误差放大器开始工作，另一方面提供一反馈电流以控制开关管的占空比。MOSFET 开关管的驱动信号由内部振荡电路、保护电路和误差放大电路共同产生。C5 两端的电压愈高，MOSFET 开关管驱动脉冲的占空比愈小。

　　3 TOPSwitch 芯片的选型

　　在设计开关电源时，首先就要面临如何选择合适的开关电源控制芯片。在选择芯片的时候，要既能满足要求，又不因为选型造成资源的浪费。下面就介绍利用TopswitchⅡ系列开关电源的功率损耗（ PD ） 与电源效率（η），输出功率（ Po ） 关系曲线，快速选择芯片的型号，从而完成宽范围输入的通用开关电源的设计。

　　

　　图2 TOPSwitch芯片内部原理图。