新型TOPSwitch-GX系列电源的PI设计-----TOPSwitch-GX Series Power Supply Designed

电源设计需要考虑有关半导体器件、模拟电路、数字电路、电磁特性、电磁兼容性、热力学等多方面。传统设计方法要靠人工来完成,其步骤繁琐、工作量大、效率低。而电源模块SG3525或UC3842的外围电路又较复杂,电路中某个元器件参数稍不合适。电源就不能稳定工作。为此,本文给出了采用PI Expert电源设计软件对电源模块进行设计基本方法。

1 TOPSwitch―GX系列产品的性能特点

PowerIntegration公司在第三代单片开关电源TOPSwitch―FX基础上推出的第四代单片开关电源TOPSwitch―GX系列芯片。其最大输出功率已扩展到290 W。由于将高压功率MOSFET、PWM控制、故障保护和其它控制电路高性价比地集成在单片CMOS芯片上,再加上其可在启动时消除过冲、降低元件应力的软起动、小EMI频率抖动、欠压保护和过压关断、可编程限流和独有的Ecosmart节能等技术。该芯片可大大简化电路设计,缩短设计周期。与TOPSwitch―FX相比,TOPSwitch―GX系列产品有如下优点：

◇ 输出功率可扩展到290 W;

◇ 新增加了线路检测端(L)和从外部设定极限电流端(X)这两个引脚,用于代替TOP-Switch―FX的多功能端(M)的全部控制功能,使用更加灵活、方便;

◇ 具有更高的占空比,输出功率更大、输入电容更小;

◇ 有分开的线路检测端与电流限制端;

◇ 线路前馈缩小了最大占空比,以抑制脉动纹波,并在电网电压较高时起限制作用;

◇ 工作频率提高到132 kHz,减少了变压器和电源的尺寸;

◇ 当开关电源的负载很轻时,能自动将开关频率从132 kHz降低到30 kHz(半频模式下则由66 kHz降至15 kHz),这样,可降低开关损耗,进一步提高电源效率;

◇ 采用先进的节能技术,功耗低,在110VAC时为80 mW,在230VAC时为160 mW。

2 基于TOPSwitch―GX的多路输出设计

PI Expert电源设计软件是PI公司开发的简单易用、节省时间的创新设计工具。它是一种交互式软件,可以针对相关的硬件芯片、按照使用者提出的电源规范产生具体能量转换方案。PI Ex-pert提供一种直观的、一步一步的设计界面,让使用者分别设定变压器、输入电容参数和所用的PI芯片。完整的电路设计还包括输出电容、钳位二极管等参数选择,电源发热量、电路安全性分析也可以在软件设计中加以考虑。利用PI公司的PI Expert软件开发平台,可以方便地设计开关电源电路、选择电路拓扑、芯片系列、芯片封装、工作频率以及其他相关特性参数。该软件根据用户给定的输入参数、输出参数、优化方式、器件系列等相关信息。通过计算可给出器件变量电源部分元件选择、电源输出参数、变压器结构参数和次级参数等信息。

2．1 设计要求及设计步骤

该系统的设计输入电压AC195～265V,频率50Hz。输出电压24V时,最大输出电流2A;输出电压12 V时,最大输出电流有3 A和1 A两种;输出电压8V时,最大输出电流2A。同时要求输入与输出隔离。并能实现输入欠压和过压保护、可外部设定极限电流等功能。

该系统的设计步骤如下：

(1)打开PI Expert设计软件,新建一个设计文件,从FILE／NEW进入设计文件名的设置,输入设计名“多路输出电源模块”,选择区域后点击OK进入输入输出设置,操作后的界面如图1。

(2)在输入窗口选择芯片频率和封装,根据所需功率容量选择频率为TOPGX130 kHz。采用Y封装方便安装,有助于散热。输入根据实际选择AC195～265,优化方式为最低成本Cost,此时右侧即出现了设计所需电路图,如图2所示。