TEA1520集成开关稳压电源设计 第2页
第二章 TEA1520系列单片开关电源设计要点
下面介绍TEA1520系列单片开关电源的设计要点。需要指出，设计TEA1520系列时所用的公式与TOPSwitch－Ⅱ系列有所不同，原因之一是这两种芯片的特性存在差异，原因之二是在设计方法上二者有一定区别。下面以3W精密开关电源为例，介绍TEA1520系列的设计要点。
一．交流输入电压的最小值及最大值
交流输入电压的最小值（Umin）和最大值（Umax）, 可根据表一进行选择。
表一 交流输入电压的最小值和最大值 （单位：V）
交流输入电压u umin umax
固定输入；110 80 135
固定输入；230 195 276
宽范围输入：80~275 80 276
二．输出整流滤波电路
在不考虑整流管压降损耗的情况下，桥式整流器输出脉动电压的平均值为U，有关系式：U=0.9u 。加上滤波电容CIN 之后，不仅能起到平滑的作用，减小脉动系数，还可提高U值。
当CIN选好之后，可认为U≈1.2u 。CIN的容量可根据表二来确定。CIN的容量适当取大些，不仅能改善滤波效果，还有助于提高电源效率。
表二 确定CIN的容量
交流输入电压u/V 比例系数/（uF/W） CIN的容量/uF
固定输入；110 3 3Po
固定输入；230 1 1Po
宽范围输入：80~275 3 3Po
三．漏极保护电路及效率损耗
漏极保护电路的类型及效率损耗情况见表三 。由表可见，利用瞬态电压抑制器（TVS）和超快恢复二极管（SRD）构成的钳位电路效果最好，其效率损耗为10%。单纯由阻容元件构成的RC吸收回路效果较差，其效率损耗达20%。其他外围电路的效率损耗约占5%。
表三 漏极保护电路的类型及效率损耗
保护电路的类型 所适用的输出功率范围Po/W 所引起的效率损耗（%）
TVS、SRD型钳位电路 全部功率范围 10
R、C和SRD型钳位电路 全部功率范围 15
R、C型吸收回路 ＜3 20
四．开关频率
通过选择振荡电阻与振荡电容值，即可设定开关频率，允许范围是20kHz～200kHz。取R2=7.5kΩ、C5=330pF时，开关频率f≈115kHz，可近似视为100kHz。振荡电容容量的允许范围是220～1000pF，不得小于220pF，否则电路可能不起振。如取C5=100pF时，欲设计f=200kHz，开关电源就无法正常工作。
五． 高频变压器的设计
1）一次绕组的电感量LP
计算LP的公式为；
LP=2Po／(ηI2pf) (1)
式中：IP为一次绕组的峰值电流。
2）磁芯的选择
所选用的磁芯应能满足存储最大能量并留有一定气隙宽度的要求。但二者之间也存在着矛盾，尽管增大气隙宽度可以存储更多的能量，但泄漏电感也会随之增大，因此应做综合考虑。高频变压器所存储的最大能量（EM）由下式确定：
EM=10－6IP2LP （2）
式中：IP、LP的单位分别取mA、mH，EM的单位是mJ。
计算每边留出气隙宽度的公式为 ；
δ=0.2пLP IP2／SJBM2 （3）
式中：δ为磁芯每边留出的气隙宽度（单位是mm），一般取0.1～0.3mm； SJ为磁芯有效截面积（单位是mm2）； BM为最大磁通密度（单位是mT），一般可取275mT，这样在工作时不会进入磁饱和状态。
有关高频变压器磁芯的选择，可参阅表四。磁芯型号中的三组数字，分别表示磁芯的长度、宽度和厚度（单位是mm）。所选择的磁芯应符合下述条件
EM（δ1）≤EM≤EM（δ2） （4）
举例说明，现采用E13／7／4型磁芯，查表四可知SJ=12.40mm2。已知LP=1.8mH，BM=275mT，令IP=330mA，分别代入式（2）和式（3），计算出
EM=10－6IP2LP=10－6×3302×1.8=0.19mJ
δ=0.2пLP IP2／SJBM2
=0.2×3.14×1.8×3302÷12.4÷2752
=0.11mm
查表四可知，EM（δ1）=0.10mJ，EM（δ2）=0.23mJ，而算出的EM=0.19mJ，恰好在0.10～0.23mJ之间，满足式（4）的规定条件，由此证明所选磁芯是合适的。为便于加工，实际气隙宽度可取整数值0.1mm。
表四 磁芯的选择
所存储的最大容量EM/mJ 磁芯的型号 有效截面积SJ/mm2
δ1=0.1mm δ2=0.3mm
0.10 0.23 E13/7/4 12.40
0.13 0.33 E16/12/5 19.40
0.14 0.34 E16/8/5 20.10
0.15 0.35 E13/6/6 20.20
0.20 0.45 E19/8/5 22.60
0.21 0.50 E20/10/5 31.20
0.27 0.62 E20/10/6 32.00
0.33 0.78 E25/9/6 38.40
0.38 0.88 E19/8/9 41.30
0.45 1.00 E25/13/7 52.00
0.64 1.40 E30/15/7 60.00
0.74 1.80 E31/13/9 83.20
0.74 1.80 E32/16/9 83.00
0.74 1.80 E34/14/9 80.70
3）一次绕组匝数NP计算公式为
NP=δBM×104／2пIP （5）
根据计算结果找出一个最接近于NP值的整数值，作为一次绕组的实际匝数。将δ=0.1mm，BM=275mT，IP=330mA，代入式（5）中，得到NP=133.2匝≈134匝。
4）二次绕组匝数NS
按下式计算NS并取整数值
NS=(Uo+UF3)•NP ／nUo （6）
式中，UF3为输出整流管的正向压降。实取UO=5V，UF3=0.4V（采用肖特基二极管），n=17，NP=134匝，代入式（6）中求出NS=8.5匝，取整数值8匝。
5）反馈绕组匝数NF
当电源电压UCC确定后，可按下式计算NF值
NF=(Ucc+UF2)•NS ／ (Uo+ UF2) （7）
将UCC=15V，UO=5V，UF2=0.7V代入式（7）中求得，NF=22.04匝，取整数值22匝。
.六、计算过流检测电阻RI
过流检测电阻用来限定IP值，亦即MOSFET的最大漏极电流ID(max)。RI上最大压降的典型值为URI=0.5V。RI的阻值可用下式求出
RI≤URI／IP=0.5／IP （8）
当IP=330mA时，由式（8）计算出RI=1.5Ω。其最大功耗P=IPURI=0.165W，实选0.5W的电阻。
七、 计算退磁电阻RAUX
计算退磁电阻的公式为 RAUX=0.7nUO （9）
式（9）中电阻的单位是kΩ。取UO=5V，n=NP／NS=134/8=16.75≈17，将nUO=85V代入式（9）中不难算出，RAUX=60kΩ。图七中实取75kΩ。
八、确定电源电压UCC
TEA1520系列的电源电压典型值约为13V，实际可取20V以下。计算公式为