钜大LARGE | 点击量：1096次 | 2020年06月27日
开关电源适配器的设计与制作要从主电路开始
开关电源适配器的设计与制作要从主电路开始，其中功率变换电路是开关电源适配器的核心。功率变换电路的结构也称开关电源拓扑结构，该结构有多种类型。拓扑结构也决定了与之配套的PWM控制器和输出整流/滤波电路。下面介绍开关电源适配器设计与制作的一般流程。
1.确定电路的结构
无论是AC/DC开关电源还是DC/DC开关电源，其核心都是DC/DC变换器。因此，开关电源适配器的电路结构就是指DC/DC变换器的结构。开关电源中常用的DC/DC变换器拓扑结构如下：
a)降压式变换器（BuckConverter），亦称降压式稳压器。
b)升压式变换器（BoostConverter），亦称升压式稳压器。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
c)反激式(亦称回扫式)变换器（FlybackConverter）。
d)正激式变换器（ForwardConverter）。
e)半桥式变换器（HalfBridgeConverter）。
f)全桥式变换器（FullBridgeConverter）。
g)推挽式变换器（Push-pullConverter）。
降压式变换器和升压式变换器主要用于输入、输出不需要隔离的DC/DC开关电源中；反激式变换器主要用于输入、输出需要隔离的小功率AC/DC或DC/DC开关电源中；正激式变换器主要用于输入、输出需要隔离的较大功率AC/DC或DC/DC开关电源中；半桥式变换器和全桥式变换器主要用于输入、输出需要隔离的大功率AC/DC或DC/DC开关电源中，其中全桥式变换器能够提供比半桥式变换器更大的输出功率；推挽式变换器主要用于输入/输出需要隔离的较低输入电压的DC/DC或DC/AC开关电源中。
降压式变换器的输出电压低于输入电压，升压式变换器的输出电压大于输入电压。在反激式、正激式、半桥式、全桥式和推挽式等具有隔离变压器的DC/DC变换器中，可以通过调节高频变压器的一、二次匝数比，很方便地实现电源的降压、升压和极性变换。此类变换器既可以是升压型，也可以是降压型，还可以是极性变换型。在设计开关电源适配器时，首先要根据输入电压、输出电压、输出电流的大小，以及是否需要电气隔离，来选择合适的电路结构。
2.选择控制电路
开关电源适配器是通过控制功率MOS场效应管或功率晶体管的导通与关断时间来实现电压变换的，其控制方式主要有脉冲宽度调制、脉冲频率调制和混合调制三种。脉冲宽度调制方式，简称脉宽调制（英文PulseWidthModulation,缩写PWM）；脉冲频率调制方式，简称脉频调制（英文PulseFrequencyModulation,缩写PFM）；混合调制方式，是脉冲宽度和开关频率均不固定，彼此都能改变的方式。
PWM方式，具有固定的开关频率，通过改变脉冲宽度来调节占空比，因此开关周期也是固定的，这就为设计滤波电路提供了方便，所以应用最为普遍。目前，开关电源适配器大多采用此方式。为便于开关电源厂家的设计，众多IC厂家将PWM控制器设计成集成电路，以方便电源工厂选择。在早期的电源适配器产品中，我们常用的PWM控制器如下：
a)自激振荡型RCC控制电路。
b)TL494电压型PWM控制电路。
c)SG3525电压型PWM控制电路。
d)UC3842电流型PWM控制电路。
e)TOPSwitch-II系列的PWM控制电路。
f)TinySwitch系列的PWM控制电路。
自激振荡型RCC控制电路通过启动电阻，利用高频变压器的正反馈绕组实现功率开关管的饱和导通，利用功率管的退饱和特性实现功率开关晶体管的关断。通过控制功率开关管基极电流大小实现脉冲宽度调制。具有结构简单、成本低廉的特点，适合在小功率的反激式开关电源适配器中应用，例如各种电器设备的待机电源、手机充电器等。
TL494是电压型PWM控制电路芯片，具有固定振荡频率，它包含了开关电源需要的全部控制功能，广泛应用于推挽式、半桥式、全桥式拓扑结构的开关电源。内置功率晶体管可提供500mA的驱动能力，具有推或拉两种输出方式，适合驱动双极型功率开关晶体管。适合构成较大功率的开关电源。
SG3525也是电压型PWM控制电路芯片，是SG3524的改进产品，SG3524的功能与TL494的功能基本相同。SG3525内置软启动电路，具有输入欠电压锁定功能，可实现逐个脉冲关断。其驱动输出级采用了推挽式电路结构，灌电流/拉电流能力超过200mA，关断速度更快。不但能够驱动双极型功率开关晶体管，更适合驱动场效应功率管（MOSFET），以便获得更高的开关频率和电源转换效率。
UC3842是电流型PWM控制芯片电路，她具有引脚少、外围电路简单、性能优良、单价低廉等优点，适合构成小功率单端反激式开关电源，是目前单端PWM控制电路的一种优选型号。该电路具有欠电压锁定功能和大电流图腾柱式输出结构，适合驱动双极型功率管和场效应功率管。其电流型控制模式，很容易实现对每个周期的峰值电流限制，能有效防止高频变压器的磁饱和，提高了开关电源适配器的可靠性。
TOPSwitch-II系列单片开关电源是将PWM控制系统的全部功能集成到三端芯片中。内含脉宽调制器、场效应功率管、自动偏置电路、保护电路、高压启动电路和环路补偿电路，通过高频变压器即可实现输出端与电网完全隔离。外部仅需配整流滤波器、高频变压器、漏极钳位保护电路、反馈电路和输出整流滤波电路，即可构成反激式开关电源适配器。
TinySwitch系列单片开关电源是美国PI公司推出的一种高效率、小功率、低成本的四端单片开关电源专用IC。TinySwitch系列比TOPSwitch-II系列三端单片开关电源增加了一个使能端，使用也更加方便、灵活。其控制系统实际上是采用跳过周期的方式实现稳压过程的，等效为脉冲频率调制器。该系列产品特别适合制作10W以下的微型开关电源适配器或者待机电源。
在设计开关电源适配器时，要根据主电路的拓扑结构、输出功率的大小、电源的应用领域等选择合适的PWM控制电路。
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