新型TOPSwitch-GX系列電源的PI設(shè)計(jì)

電源設(shè)計(jì)需要考慮有關(guān)半導(dǎo)體器件、模擬電路、數(shù)字電路、電磁特性、電磁兼容性、熱力學(xué)等多方面。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法要靠人工來(lái)完成,其步驟繁瑣、工作量大、效率低。而電源模塊SG3525或UC3842的外圍電路又較復(fù)雜,電路中某個(gè)元器件參數(shù)稍不合適。電源就不能穩(wěn)定工作。為此,本文給出了采用PI Expert電源設(shè)計(jì)軟件對(duì)電源模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)基本方法。

1 TOPSwitch—GX系列產(chǎn)品的性能特點(diǎn)

PowerIntegration公司在第三代單片開(kāi)關(guān)電源TOPSwitch—FX基礎(chǔ)上推出的第四代單片開(kāi)關(guān)電源TOPSwitch—GX系列芯片。其最大輸出功率已擴(kuò)展到290 W。由于將高壓功率MOSFET、PWM控制、故障保護(hù)和其它控制電路高性價(jià)比地集成在單片CMOS芯片上,再加上其可在啟動(dòng)時(shí)消除過(guò)沖、降低元件應(yīng)力的軟起動(dòng)、小EMI頻率抖動(dòng)、欠壓保護(hù)和過(guò)壓關(guān)斷、可編程限流和獨(dú)有的Ecosmart節(jié)能等技術(shù)。該芯片可大大簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì),縮短設(shè)計(jì)周期。與TOPSwitch—FX相比,TOPSwitch—GX系列產(chǎn)品有如下優(yōu)點(diǎn)：

◇ 輸出功率可擴(kuò)展到290 W;

◇ 新增加了線路檢測(cè)端(L)和從外部設(shè)定極限電流端(X)這兩個(gè)引腳,用于代替TOP-Switch—FX的多功能端(M)的全部控制功能,使用更加靈活、方便;

◇ 具有更高的占空比,輸出功率更大、輸入電容更小;

◇ 有分開(kāi)的線路檢測(cè)端與電流限制端;

◇ 線路前饋縮小了最大占空比,以抑制脈動(dòng)紋波,并在電網(wǎng)電壓較高時(shí)起限制作用;

◇ 工作頻率提高到132 kHz,減少了變壓器和電源的尺寸;

◇ 當(dāng)開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載很輕時(shí),能自動(dòng)將開(kāi)關(guān)頻率從132 kHz降低到30 kHz(半頻模式下則由66 kHz降至15 kHz),這樣,可降低開(kāi)關(guān)損耗,進(jìn)一步提高電源效率;

◇ 采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù),功耗低,在110VAC時(shí)為80 mW,在230VAC時(shí)為160 mW。

2 基于TOPSwitch—GX的多路輸出設(shè)計(jì)

PI Expert電源設(shè)計(jì)軟件是PI公司開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)單易用、節(jié)省時(shí)間的創(chuàng)新設(shè)計(jì)工具。它是一種交互式軟件,可以針對(duì)相關(guān)的硬件芯片、按照使用者提出的電源規(guī)范產(chǎn)生具體能量轉(zhuǎn)換方案。PI Ex-pert提供一種直觀的、一步一步的設(shè)計(jì)界面,讓使用者分別設(shè)定變壓器、輸入電容參數(shù)和所用的PI芯片。完整的電路設(shè)計(jì)還包括輸出電容、鉗位二極管等參數(shù)選擇,電源發(fā)熱量、電路安全性分析也可以在軟件設(shè)計(jì)中加以考慮。利用PI公司的PI Expert軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái),可以方便地設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源電路、選擇電路拓?fù)洹⑿酒盗小?a target="_blank">芯片封裝、工作頻率以及其他相關(guān)特性參數(shù)。該軟件根據(jù)用戶給定的輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)、優(yōu)化方式、器件系列等相關(guān)信息。通過(guò)計(jì)算可給出器件變量電源部分元件選擇、電源輸出參數(shù)、變壓器結(jié)構(gòu)參數(shù)和次級(jí)參數(shù)等信息。

2．1 設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)步驟

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)輸入電壓AC195～265V,頻率50Hz。輸出電壓24V時(shí),最大輸出電流2A;輸出電壓12 V時(shí),最大輸出電流有3 A和1 A兩種;輸出電壓8V時(shí),最大輸出電流2A。同時(shí)要求輸入與輸出隔離。并能實(shí)現(xiàn)輸入欠壓和過(guò)壓保護(hù)、可外部設(shè)定極限電流等功能。

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟如下：

(1)打開(kāi)PI Expert設(shè)計(jì)軟件,新建一個(gè)設(shè)計(jì)文件,從FILE／NEW進(jìn)入設(shè)計(jì)文件名的設(shè)置,輸入設(shè)計(jì)名“多路輸出電源模塊”,選擇區(qū)域后點(diǎn)擊OK進(jìn)入輸入輸出設(shè)置,操作后的界面如圖1。

(2)在輸入窗口選擇芯片頻率和封裝,根據(jù)所需功率容量選擇頻率為TOPGX130 kHz。采用Y封裝方便安裝,有助于散熱。輸入根據(jù)實(shí)際選擇AC195～265,優(yōu)化方式為最低成本Cost,此時(shí)右側(cè)即出現(xiàn)了設(shè)計(jì)所需電路圖,如圖2所示。

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