電源設計需要考慮有關半導體器件、模擬電路、數字電路、電磁特性、電磁兼容性、熱力學等多方面。傳統設計方法要靠人工來完成,其步驟繁瑣、工作量大、效率低。而電源模塊SG3525或UC3842的外圍電路又較復雜,電路中某個元器件參數稍不合適。電源就不能穩定工作。為此,本文給出了采用PI Expert電源設計軟件對電源模塊進行設計基本方法。

1 TOPSwitch—GX系列產品的性能特點

PowerIntegration公司在第三代單片開關電源TOPSwitch—FX基礎上推出的第四代單片開關電源TOPSwitch—GX系列芯片。其最大輸出功率已擴展到290 W。由于將高壓功率MOSFET、PWM控制、故障保護和其它控制電路高性價比地集成在單片CMOS芯片上,再加上其可在啟動時消除過沖、降低元件應力的軟起動、小EMI頻率抖動、欠壓保護和過壓關斷、可編程限流和獨有的Ecosmart節能等技術。該芯片可大大簡化電路設計,縮短設計周期。與TOPSwitch—FX相比,TOPSwitch—GX系列產品有如下優點：

◇ 輸出功率可擴展到290 W;

◇ 新增加了線路檢測端(L)和從外部設定極限電流端(X)這兩個引腳,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;

◇ 有分開的線路檢測端與電流限制端;

◇ 線路前饋縮小了最大占空比,以抑制脈動紋波,并在電網電壓較高時起限制作用;

◇ 工作頻率提高到132 kHz,減少了變壓器和電源的尺寸;

◇ 當開關電源的負載很輕時,能自動將開關頻率從132 kHz降低到30 kHz(半頻模式下則由66 kHz降至15 kHz),這樣,可降低開關損耗,進一步提高電源效率;

◇ 采用先進的節能技術,功耗低,在110VAC時為80 mW,在230VAC時為160 mW。

2 基于TOPSwitch—GX的多路輸出設計

PI Expert電源設計軟件是PI公司開發的簡單易用、節省時間的創新設計工具。它是一種交互式軟件,可以針對相關的硬件芯片、按照使用者提出的電源規范產生具體能量轉換方案。PI Ex-pert提供一種直觀的、一步一步的設計界面,讓使用者分別設定變壓器、輸入電容參數和所用的PI芯片。完整的電路設計還包括輸出電容、鉗位二極管等參數選擇,電源發熱量、電路安全性分析也可以在軟件設計中加以考慮。利用PI公司的PI Expert軟件開發平臺,可以方便地設計開關電源電路、選擇電路拓撲、芯片系列、芯片封裝、工作頻率以及其他相關特性參數。該軟件根據用戶給定的輸入參數、輸出參數、優化方式、器件系列等相關信息。通過計算可給出器件變量電源部分元件選擇、電源輸出參數、變壓器結構參數和次級參數等信息。

2．1 設計要求及設計步驟

該系統的設計輸入電壓AC195～265V,頻率50Hz。輸出電壓24V時,最大輸出電流2A;輸出電壓12 V時,最大輸出電流有3 A和1 A兩種;輸出電壓8V時,最大輸出電流2A。同時要求輸入與輸出隔離。并能實現輸入欠壓和過壓保護、可外部設定極限電流等功能。

該系統的設計步驟如下：

(1)打開PI Expert設計軟件,新建一個設計文件,從FILE／NEW進入設計文件名的設置,輸入設計名“多路輸出電源模塊”,選擇區域后點擊OK進入輸入輸出設置,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。輸入根據實際選擇AC195～265,優化方式為最低成本Cost,此時右側即出現了設計所需電路圖,如圖2所示。

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