一种单片智能开关电源的设计

第21卷第6期电子工艺技术

2000年11月 ElectronicsProcessTechnology265

一种单片智能开关电源的设计

任壮喜

(北京时代公司,北京 100080)

摘 要:用FAIRCHILD公司开发的一种SPS智能(或灵巧)功率开关设计的一种38V、3A的单端反激式开关电源,小型、轻便、廉价、高效与高可靠。

关键词:智能功率开关;单端反激;开关电源

中图分类号:TN86 文献标识码:B 文章编号:1001-3474(2000)06-0265-03

DesignWayofaSingleChipSmartSwitchPower

RENZhuang-xi

(BeijingTimesCompany,Beijing 100080,China)

Abstract:The38V,3Aoneterminalreverse-couplingswitchpowerisdesignedwithasmartpowerswitchdevelopedbyFAIRCHILDcompany.Itissmall,pocket,cheap,highefficiencyandreliability.

keywords:Smartpowerswitch;Oneterminalreverse-coupling;Switchpower

DocumentCode:B ArticleID:1001-3474(2000)06-0265-03

在开关电源产品中,200W以下的产品约占70%以上。为了适应电子整机产品的小型化、轻便化、低成本、高可靠和高性能的要求,FAIRCHILD公司开发了一种SPS(SmartPowerSwitch),即智能(或灵巧)功率开关。这种新型的功率开关器件,将先前广为流行的PWM控制器及其外部元器件集成在同一个芯片上,与带有变压器初级端电流检测功能的MOSFET(SenseFET)封装在一起,大大地减小了元器件的数量,且使开关电源的设计大为简化,用SPS单片智能集成电路设计的开关电源,交流输入电压范围达到85~265V,其转换效率可达85%以上,这是一般单端开关电源无法比拟的。

一种用FRIACHILD公司的SPS智能功率开关设计的38V、3A开关电源。具体技术参数如下:

输入电压:85~264V

输出电压:+38V输出电流:3A纹波: 1%

输出功率:120W1 SPS智能功率开关

SPS智能功率开关其内部集成了两只芯片,一个是以PWM控制为主的IC,另一个是带有电流传感功能的MOSFET(SenseFET)。具有如下特点:

高的工作频率范围(50~100kHz);

AC输入电压范围为85~265V;

具有负电压闭锁和完善的过热、过压、过流和过载等保护功能;

具有内部软启动功能。

在本开关电源的设计中,选用KA1M0880B,为5脚TO-3P封装,70kHz的固定工作频率,其主要参数如下:

Vdsmin=800VIpeak=5.0APmax=176Wfopr=70kHz

Rdsmax(on)=1.5A(Id=5.0A)

:,,

266 电子工艺技术 第21卷第6期

2 电路原理

该电源的电路原理如图1所示,由图可见,用SPS智能功率开关设计的开关电源其外围元器件非常少,在设计过程中,其Vcc供电回路、反馈回路以及软启动电路的设计都非常简单。一般情况下,只

要按其手册上的要求进行设计,不会有什么大的问题,设计的关键集中在开关变压器上,变压器设计的正确与否,对电源的性能和可靠性有着决定性的影响,根据设计的要求,下面给出有关变压器参数的设

计计算方法。

图1 120W单端反激式开关电源

2.1 磁芯的选择

磁芯的选择,通常先通过输出功率和磁芯面积的经验公式(1)计算出所需要的磁芯的有效截面积:

S=0.12

Pin

2

通占空比,是电路设计时的一个重要参数,手册中给定为0.7,为安全起见,此处,选Dmax=0.5,则有:

tONmax=

!0.5 7.14( s)70!103

(1)

式中:S为磁芯的有效截面积,单位是cm为输出功率。

由上式可得:S=0.12

Pin=0.12

2.3 变压器初级最低输入电压(U1min)的计算

变压器初级最低输入电压(U1min)可由下式(2)式确定:

U1min=0.9!!UACmin(3)

式中:UACmin为整流前最低交流输入电压,此处,UACmin=85V,则有:

U1min=0.9!!85 110(V)

2.4 变压器次级输出电压U2的计算

变压器次级输出电压U2按下式计算:

U2=UO+UL+UF

(4)

式中:UO为开关电源的输出电压+38V,UL为次级绕组的压降,设为0.5V,UF为整流二极管的管压,Pin为变压器输入的平均功率,Pin P0/ ,P0

120/0.85 1.43(cm2)

(2)

选用TDK的磁芯,按以上计算,可选择EI(E)-40磁芯,其有效截面积为1.48cm2,满足要求。2.2 最大导通时间(tONmax)的确定

最大导通时间(tONmax)可由下式(2)确定:

tONmax=t!Dmax=

!DMAXf0

(2)

,f,是

2000年11月 任壮喜:一种单片智能开关电源的设计267

U2=UO+UL+UF=38+0.5+0.7=39.2(V)2.5 变压器匝比N的计算

变压器匝比N的计算:

N=

U2= 0.36U1min110

(5)

2.9 变压器初级线圈电感量Lm的计算Lm=

U1min!tONmax= 262( H)

Ip3

(9)

2.10 气隙长度的计算

在单端反激式开关电源中,变压器工作在磁滞

回线的第一象限,其磁芯同时加有交流和直流分量, B的变化量比较小,为了不使磁芯饱和,一定要增加气隙。

气隙长度Lg按下式计算:

4 !10-7!N21!SLg== Lm

-72 0.5(mm)

0.262

3 结束语

目前,该电源已被用做步进电机的驱动电源,经过长时间的运行,具有非常可靠的性能。实践证明,智能电源开关管具备设计简单、结构紧凑、安装调试方便的优点。参考文献

[1] 智能电源开关管技术应用手册[Z].1999.

[2] 丁道宏.电力电子技术[M].北京:航空工业出版社,

1992.

[3] 王英剑.新型开关电源实用技术[M].北京:电子工业

出版社,1999.

收稿日期:2000-09-08

2.6 变压器初、次级绕组匝数的计算

TDK的磁芯,按经验,其最大磁感应强度Bs可以选至0.4T,则:

B=BS/2=0.2(T)

变压 …… 此处隐藏：1657字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……