详解恒压/恒流输出式单片开关电源的设计原理

置电阻，因基极电流很小，而R3上的电流很大，故可认为VT1的发射结压降UBEI全部降落在R3上。则

　　IOH=UBE1/R3 (3)

　　利用下面二式可以估算出VT1、VT2的发射结压降：

　　UBE1=(kT/q)·In(Ic1/Is) (4)

　　UBE2=(kTq)·In(Ic2/Is) (5)

　　式中，k为波尔兹曼常数，T为环境温度(用热力学温度表示)，q是电子电量。当TA=25℃时，T=298K，kT/q=0。0262V。IC1、IC1分别为VT1、VT2的集电极电流。IS为晶体管的反向饱和电流，对于小功率管，IS=4×10-14A。

　　因为前已求出IR1=IF=IC2=3.75mA，所以UBE2=(kT/q)In(Ic2/Is)

　　=0.0262In(3.75mA/4×10 -14A)

　　=0.662V

　　又因IE2≈IC2，故UR5=IC2R5=3.75mA×100Ω=0。375V，由此推导出 UR6=UR5+UBE2=0.375V+0.662=1。037V。取R6=220Ω时，IR6=IC1=UR6/R6=4.71mA。下面就用此值来估算UBE1，进而确定电流检测电阻R3的阻值：

　　UBE1=0。0262In(4。71mA/4×10 -14A)=0。668

　　R3=IBE1/IOH=0。668V/1。0A=0。668Ω

　　与之最接近的标称阻值为0.68Ω。代入式(3)可求得

　　IOH=0.668V/0。68Ω=0.982

　　考虑到VT1的发射结电压UBE1的温度系数αT≈-21mV/℃，当环境温度升高25℃时，IOH值降为

　　I'OH=UBE1-‖αT‖·T/R3

　　=0.668V-(2.1mV/℃)×25℃/0.68Ω=0.905A

　　恒流准确度为

　　γ=(I'OH-IOH/IOH)·100%

　　=(0.905-0.982/0.982)·100%=-7.8%≈-8%

　　与设计指标相吻合。

　　反馈电源的设计

　　反馈电源的设计主要包括两项内容：

　　(1)在恒流模式下计算反馈绕组的匝数NB。之所以按恒流模式计算NB值，是因为此时UO和UFB都迅速降低(UO=UOmin=2V)，只有UFB足够高时，才能确保恒流源正常工作。

　　(2)在恒压模式下计算出反馈电压额定值UFB。此时UO=7.5V，UFB也将达到最大值，由此求得UFB值，能为选择光耦合器的耐压值提供依据。

　　反馈电压UFB由下式确定：

　　UFB=(Uo+UF2+IoR3)·NB/Ns-UF3 (6)

　　式中，UF2和UF3分别为VD2、VD3的正向导通压降。NS为次级匝数。从式(6)可解出

　　NB=(UFB+UF3/Uo+UF2+IoR3)·Ns (7)

　　在恒流模式下当负载加重(即负载电阻减小)时，UO和UFB会自动降低，以维持恒流输出。为使开关电源从恒流模式转换到自动重启状态时仍能给 TOP200Y提供合适的偏压，要求UFB至少比恒流模式下控制电压的最大值UCmax高出3V。这里假定UCmax=6V，故取UFB=9V。将 UFB=9V、UO=UCmin=2V、UF2=0.6V、UF3=1V、IO=IOH=0.982A、R3=0.68Ω、NS=12匝一并代入式 (7)，计算出NB=36.7匝≈37匝(取整)。

　　在恒压模式下，UO=7.5V，最大输出电流IO=0。95A，再代入式(6)求得，UFB=26V，此即反馈电压的额定值。选择光耦合器时，光敏三极管的反向击穿电压必须大于此值，即U(BR)CEO>26V。常用线性光耦的 U(BR)CEO=30V～90V。计算光敏三极管反向工作电压UIC2的公式为

　　UIC2=UFB-UCmin (8)

　　式中，UCmin为控制端电压的最小值(5.5V)。不难算出，UIC2=20.5V。这里采用PC817A型光耦合器，其U(BR)CEO=35V>20.5V，完全能满足要求。但在设计高压电池充电器时，必须选择耐高压的光耦合器。