利用计算机设计单片开关电源讲座 第三讲 单片开关电源设计要点及电子数据表格

　　1单片开关电源的设计要点

　　1.1电源效率的选定

　　开关电源效率(η)是指其输出功率(PO)与输入功率(PI)(即总功率)的百分比。需要指出，单片开关电源的效率随输出电压(UO)的升高而增加。因此，在低压输出时(UO=5V或3.3V)，η可取75%;高压输出时(UO≥12V),η可取85%。在中等电压输出时(5V因电源效率η=PO/PI，故开关电源的总功耗PD=PI-PO=-PO=·PO(1)PD中包括次级电路功耗和初级电路功耗。重要的是应知道初、次级功耗是如何分配的。损耗分配系数(Z)即反映出这种关系。

　　设初级功耗为PP，次级功耗为PS，则PP+PS=PD，Z=PS/PD，而1-Z=PP/PD。需要注意的是，次级功耗与高频变压器传输功率的大小有关，而初级钳位二极管的功耗应归入次级功耗之中。这是因为输入功率在漏极电压被钳位之前，已被高频变压器传输到次级的缘故。

　　1.2如何计算输入滤波电容的准确值

　　输入滤波电容的容量是开关电源的一个重要参数。CIN值选的过小，会使UImin值大大降低，而输入脉动电压UR却升高。但CIN值取得过大，会增加电容器成本，而且对于提高UImin值和降低脉动电压的效果并不明显。下面介绍计算CIN准确值的方法。

　　交流电压u经过桥式整流和CIN滤波，在u=umin情况下的输入电压波形如图1所示。该图是在PO=POM，fL=50Hz(或60Hz)、整流桥的响应时间tc=3ms、η=80%的情况下绘出的。由图可见，在直流高压UImin上还要叠加上一个幅度为UR的初级脉动电压，这是CIN在充放电过程中形成的。欲获得CIN的准确值，可按下式进行计算：CIN=(2)

图1交流电压为最小值时的输入电压波形

　　举例说明，在宽范围电压输入时，umin=85V。取UImin=90V，fL=50Hz，tc=3ms，假定PO=30W，η=80%，一并带入式(2)中求出CIN=84.2μF，比例系数CIN/PO=84.2μF/30W=2.8μF/W，这恰好在(2～3)μF/W允许的范围之内。

　　1.3初级各电压参数的电位分布情况

　　下面详细介绍输入直流电压的最大值UImin、初级感应电压UOR、钳位电压UB与UBM、最大漏极电压UDmax、漏源击穿电压U(BR)DS这6个电压参数的电位分布情况，使读者能有一个定量的概念。对于TOPSwitchⅡ系列单片开关电源，其功率开关管的漏源击穿电压U(BR)DS≥700V，现取下限值700V，

　　其感应电压UOR=135V。本来初级钳位二极管的钳位电压UB只需取135V，即可将叠加在UOR上由漏感而造成的尖峰电压吸收掉，实际却不然。手册中给出UB参数值仅表示工作在常温、小电流情况下的数值。实际上钳位二极管(即瞬态电压抑制器TVS)还具有正向温度系数，它在高温、大电流条件下的钳位电压UBM要远高于UB。实验表明，二者存在下述关系：