摘要：介紹了一種用TOPSwitch器件設計的新穎單端正激式電源電路。詳細分析了其電路設計方法，給出了主要參數(shù)的計算及實驗波形。

    關鍵詞：三端離線PWM開關；正激變換器；高頻變壓器設計

    引言

    TOPSwitch是美國功率集成公司（PI）于20世紀90年代中期推出的新型高頻開關電源芯片，是三端離線PWM開關（ThreeterminalofflinePWMSwitch）的縮寫。它將開關電源中最重要的兩個部分——PWM控制集成電路和功率開關管MOSFET集成在一塊芯片上，構成PWM/MOSFET合二為一集成芯片，使外部電路簡化，其工作頻率高達100kHz，交流輸入電壓85～265V，AC/DC轉換效率高達90％。對200W以下的開關電源，采用TOPSwitch作為主功率器件與其他電路相比，體積小、重量輕，自我保護功能齊全，從而降低了開關電源設計的復雜性，是一種簡捷的SMPS（SwitchModePowerSupply）設計方案。

    TOPSwitch系列可在降壓型，升壓型，正激式和反激式等變換電路中使用。但是，在現(xiàn)有的參考文獻以及PI公司提供的設計手冊中，所介紹的都是用TOPSwitch制作單端反激式開關電源的設計方法。反激式變換器一般有兩種工作方式：完全能量轉換（電感電流不連續(xù)）和不完全能量轉換（電感電流連續(xù)）。這兩種工作方式的小信號傳遞函數(shù)是截然不同的，動態(tài)分析時要做不同的處理。實際上當變換器輸入電壓在一個較大范圍發(fā)生變化，和（或者）負載電流在較大范圍內變化時，必然跨越兩種工作方式，因此，常要求反激式變換器在完全能量和不完全能量轉換方式下都能穩(wěn)定工作。但是，要求同一個電路能實現(xiàn)從一種工作方式轉變?yōu)榱硪环N工作方式，在設計上是較為困難的。而且，作為單片開關電源的核心部件高頻變壓器的設計，由于反激式變換器中的變壓器兼有儲能、限流、隔離的作用，在設計上要比正激式變換器中的高頻變壓器困難，對于初學者來說很難掌握。筆者采用TOP225Y設計了一種單端正激式開關電源電路，實驗證明該電路是切實可行的。下面介紹其工作原理與設計方法，以供探討。
            
     1 TOPSwitch系列應用于單端正激變換器中存在的問題

    TOPSwitch的交流輸入電壓范圍為85～265V，最大電壓應力≤700V，這個耐壓值對于輸入最大直流電壓Vmax=265×1.4=371V是足夠的,但應用在一般的單端正激變換器中卻存在問題。
圖1是典型的單端正激變換器電路，設計時通常取NS=NP，Dmax<0.5（一般取0.4）,按正激變換器工作過程,TOPSwitch關斷期間，變壓器初級的勵磁能量通過NS，D1，E續(xù)流（泄放）。此時，TOPSwitch承受的最大電壓為
VDSmax≥2E=2Vmax=742V    （1）

    大于TOPSwitch所能承受的最大電壓應力700V，所以，TOPSwitch不能在一般通用的正激變換器中使用。

    2 TOPSwitch在單端正激變換器中的應用

    由式（1）可知，TOPSwitch不能在典型單端正激變換器中應用的關鍵問題，是其在關斷期間所承受的電壓應力超過了允許值，如果能降低關斷期間的電壓應力，使它小于700V，則TOPSwitch仍可在單端正激變換器中應用。

    2.1 電路結構及工作原理

    本文提出的TOPSwitch的單端正激變換器拓撲結構如圖1所示。它與典型的單端正激變換器電路結構完全相同,只是變壓器的去磁繞組的匝數(shù)為初級繞組匝數(shù)的2倍,即NS=2NP。
            
    TOPSwitch關斷時的等效電路如圖2所示。

    若NS與NP是緊耦合，則，即
    VNP=1/2VNS=1/2E    （2）

    VDSmax=VNP＋E=E=1.5×371=556.5V<700V    （3）

    2.2最大工作占空比分析

    按NP繞組每個開關周期正負V·s平衡原理，有

    VNPon(Dmax/T)=VNPoff[(1-Dmax)/T]    （4）
    式中：VNPon為TOPSwitch開通時變壓器初級電壓，VNPon=E；
    VNPoff為TOPSwitch關斷時變壓器初級電壓，VNPoff=（1/2）E。
    解式（4）得Dmax=1/3    （5）
   &nb