PD,η, Po 關系曲線 - 基于TopswitchⅡ芯片開關電源理論設計與仿真

2012年07月25日 14:13 來源:現代電子技術 作者:秩名 我要評論(0)

  3.1 PD,η, Po 關系曲線

  寬范圍輸入的交流電壓為85~ 265 V, 在這種條件下,TOP221~ TOP227 系列單片開關電源的P D,η,Po 關系曲線如下,見圖3、圖4。

  圖3  寬范圍輸入且輸出為5 V 時PD ,η, Po 關系曲線

  圖3 寬范圍輸入且輸出為5 V 時PD ,η, Po 關系曲線。

  圖4  寬范圍輸入且輸出為12 V 時PD,η, Po 關系曲線。

  圖4 寬范圍輸入且輸出為12 V 時PD,η, Po 關系曲線。

  注意,這里假定交流輸入電壓最小值umin= 85 V,最高輸入電壓umax = 265 V.途中的橫坐標代表輸出功率,而15 條虛線均為芯片功耗的等值線。

  首先確定適用的曲線圖,例如,當u= 85~ 265 V,Uo= + 5 V 時,應該選擇圖3; 當u= 220 V( 即230 V-230 V× 4.3% ),Uo= + 12 V 時,就應該選擇圖4; 然后在橫坐標上找出欲設計的功率輸出點P o ; 從輸出功率點垂直向上移動,知道選中合適芯片所指的那條曲線。如果不適用,可以繼續向上查找另一條實線; 然后從等值線( 虛線) 上讀出芯片的功耗PD,進而還可以求出芯片的結溫( Tj ) 以確定散熱片的大小。

  例如,設計輸出5 V, 30 W 的通用開關電源時,就要選擇圖3.因為通用開關電源輸入交流電壓范圍85~ 265 V.首先從橫坐標上找到Po = 30 W 的輸出功率點,然后垂直上移,與T OP224 的實線相交于一點,由縱坐標上查出該點的η= 71.2%,最后從經過這點的那條等值線上,查得PD = 2.5 W.這表明,選擇TOP224 就能輸出30 W 功率,并且預期的電源效率為71.2%,芯片功耗為2.5 W.如果覺得指標效率偏低,還可以繼續往上查TOP225 的實線。同理,選擇TOP225 也能輸出30 W 的功率,而預期的電源效率可以提高到75%,芯片功耗可以降低1.7 W.然后根據所得到的PD 值,還可以進而完成散熱片設計。

  3.2 等效輸出功率的修正

  PD ,η, Po 關系曲線均對交流輸入電壓的最小值進行了限制,umin = 85 V.如果交流輸入電壓最小值不符合上述的要求,就會直接影響芯片的正確選擇。此時必須從實際的交流輸入電壓u? min最小值對應的功率P‘o 折算成umin為規定值時的等效功率Po,才能使用上面的圖。功率修正的方法如下: 選擇使用的特性曲線,然后根據已知的u’min值查出折算系數K;將P ‘o折算成umin為規定值時的等效功率Po,表達公式P o=P’o / K;然后從圖3、圖4 中選用適當的關系曲線。

  圖5  寬范圍輸入時K 與u'min 的關系

  圖5 寬范圍輸入時K 與u‘min 的關系。

  例如設計12 V, 35 W 的通用開關電源,已知umin= 90% × 115 V = 103.5 V.從圖5中查出K =1.15.將P ’o = 3.5 W, K = 1.15帶入P o= P ‘o / K 中,計算出Po= 30.4 W; 再根據Po 的值,從圖4 中查出選擇的最佳型號是T OP224 芯片,此時η = 81.6%,PD= 2 W.如果選擇了T OP223, 則η 降到73.5%,PD 增加到5 W, 顯然不合適。如果選擇T OP225 型,就會造成資源浪費,因為它比TOP224 的價格要高一些,而且適合輸出40~ 60 W 的更大的功率。

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