特种集成开关电源的电路设计

摘要：详细阐述了四种新型特种集成开关电源的性能特点、电路设计方案及其应用领域。
关键词：特种集成开关电源复合型恒压／恒流型截流型恒功率型TheCircuitDesignofIntegrated

1引言

特种集成开关电源与传统的开关电源相比，具有电路新颖、功能奇特、性能先进、应用领域较为广泛等特点。特种集成开关电源主要包括以下四种类型：复合型开关电源、恒压／恒流型开关电源、截流输出型开关电源恒功率输出型开关电源。它们均采用TOPSwitch或TOPSwitch－Ⅱ系列单片开关电源集成电路，再配上相应的外围电路（含控制环路）设计而成，具有不同的输出特性和应用领域，能满足不同用户的需要。

2复合型开关电源的电路设计

2.1复合型开关电源的设计方案

众所周知，线性集成稳压器的输出稳定度很高，纹波电压很小，但电源效率低，需使用笨重的工频变压器。而单片开关电源的效率很高，并且能省去工频变压器，但电压稳定度较低，纹波电压较高。若将二者巧妙地结合起来，把单片开关电源当作前级稳压器，再由线性集成稳压器进行二次稳压，即可扬长避短，实现优势互补，构成理想的高效、精密稳压电源。所配线性集成稳压器有以下三种方案：

（1）配7805系列三端固定式集成稳压器，其电路简单，成本低廉；

（2）配LM317型三端可调式集成稳压器，使输出

电压连续可调，并能进一步提高稳压性能；

（3）配LM2937（固定输出）、LM2991（可调输出）等型号的低压差稳压器，可使复合型开关电源的效率得到进一步提高。

采用两级稳压的复合型开关电源，其电压调整率和负载调整率均可达到±0.1％。

根据需要，还可为复合型开关电源增加欠压保护、过压保护、交流掉电保护、软起动等自动保护功能。

2.2复合型开关电源的设计示例

具有掉电保护功能的复合型开关电源的电路如图1所示。该电路利用一片TOP209型单片开关电源作前级稳压，再用LM2937型三端低压差稳压器作后级稳压。LM2937在额定负载下的输入－输出压差（UI－UO）≤0.6V，仅为LM7805的1/6～1/3，能显著降低稳压器的功耗，提高电源效率。LM2937的输出电压为5V，最大输出电流是0.5A。交流掉电保护电路由VT1、VT2、C7、R4～R6组成。其中，R5、R6和VT2用来检测交流电压，所设定的阈值电压须低于85V，现取70V。一旦UI70V，VT2立即截止，直流电压就通过R4给C7充电。当C7两端电压高于达林顿管VT1的发射结总压降时，VT1就导通，使TOP209的控制端电压变成低电平。与此同时C5放电，将电源关断。正常情况下，UI>70V，因VT2导通，C7两端电压始终为0V，故该电路不起作用。不难看出，掉电后的供电时间与时间常数τ=R4·C7成正比。改变τ值即可设定供电时间。

图1一种具有掉电保护功能的复合型开关电源

图215V、2A精密恒压/恒流型开关电源的电路

这种开关电源适合作为节能型计算机（亦称“绿

色”PC机）的辅助电源。当交流掉电后，由辅助电源继续供电一段时间，使微机能将数据存储下来；当掉电时间超过设定时间时，就自动切断辅助电源。

3精密恒压／恒流型开关电源的电路设计

3.1精密恒压／恒流型开关电源的设计方案

精密恒压／恒流型单片开关电源是采用单片开关电源，配上低功耗双运放和可调式精密并联稳压器，组成电压控制环和电流控制环的。与晶体管构成的控制环相比（典型电路见参考文献2），它具有恒压与恒流准确度高、外围电路简单、电流检测电阻的阻值很小、功耗低、能提高电源效率等优点，其电源效率可达80％。此类电源适宜作为笔记本电脑、摄录像机的电池快速充电器。

3.2精密恒压／恒流型开关电源的设计示例

15V、2A精密恒压／恒流输出式开关电源的电路如图2所示。电路中共使用了4片集成电路：TOP214Y型单片开关电源（IC1），PC816A型线性光耦合器（IC2），可调式精密并联稳压器TL431C（IC3），低功耗双运放LM358（IC4，内部包括IC4a和IC4b两个运放）。该电路具有以下特点：

（1）利用IC4b、IC3、VD5和取样电阻R3、R4构成电压控制环；由IC4a、VD6和过流检测电阻R6组成电流控制环；

（2）电压控制环与电流控制环按照“逻辑或门”的原理工作，即在任一时刻，输出为高电平的环路起控制作用；

（3）增加了次级偏压绕组NSB给控制环路供电，次级偏压USB能自动跟随直流输入电压UI的变化，

图3精密恒压/恒流源的输出特性

图412V截流型开关电源的电路

图5截流型开关电源的输出特性

图615W恒功率型开关电源的电路

图7恒功率型开关电源的输出特性

使电源输出电压UO大幅度降低时仍具有恒流特性，仅当UO≤0.8V时才进入自动重起动状态；

（4）使用