收稿日期:2000-06 沙占友，男，河北科技大学电子工程系教授，出版了多本专著。
沙占友 睢丙东 王彦朋
(河北科技大学 石家庄 050054)
摘要：介绍由TOP202Y 构成的恒功率输出式单片开关电源的工作原理和设计要点。
图1 15W 恒功率输出式开关电源的电路图
恒功率输出单片开关电源的特点是，当输出电压V 0降低时，输出电流I 0反而会增大，使二者乘积I 0・ V 0不变，输出功率P 0保持恒定。这种开关电源可作
为高效、快速、安全的电池充电器，对笔记本电脑的电池进行充电。恒功率输出特性近似为一条双曲线。
1 恒功率输出式开关电源的工作原理
TOP202Y 是美国Power 公司研制的TOPSwitch 系列三端单片开关电源。它只有三个引出端(控制端C 、源极S 、漏极D )，内含脉宽调制器、功率开关场效应管(MOSFET )、自动偏置电路、保护电路、高压启动电路和环路补偿电路，通过高频变压器使输出端与电网隔离，适用于构成无工频变压器式高效开关电源。
由TOP202Y 构成的15V 、15W 恒功率输出式开关
电源，电路如图1所示。TOP202Y 型单片开关电源在
宽范围电压输入(u =85V ～265V AC )时的最大输出功率为30W 。该电源工作在连续模式下，并且从次级来调节输出功率，不受初级电路的影响。当输出电压从15V (即100%・V 0)降至715V (即50%・V 0)时，恒功率准确度可达±10%。85V ～265V 交流电压经过BR ,C 1整流滤波后，为初级回路提供直流高压。漏极箝位保护电路由VD Z 1和VD 1构成。反馈绕组电压经过1N914、C 4整流滤波后，给光耦中的光敏三级管提供集电极电压。C 5为控制端的旁路电容。次级电压由VD 2、C 2、L 1和C 3构成。VD 2采用FE3C 型150V/4A 的超快恢复二极管。C 2选择等效串联电阻(ESR )很低的电解电容器。标称输出电压V 0值，由光耦中L ED 的正向压降(V F )与稳压管VD Z 2的稳定电压(V Z 2)来设定。R 5起
—04— 仪表技术2000年第6期
限流作用并能决定电压控制环的增益。
图2 恒功率型开关电源的输出特性
恒功率控制电路由V T 1、V T 2、VD Z3～VD Z5、R 1～R 7构成。V T 1工作在饱和区。V T 1和V T 2应选参数一致性很好的3D K4B 型开关管，亦可用国外2N4401型小功率硅晶体管代替。VD Z3、VD
Z4的型号分别为2CW242、2CW340。R 1为电流检测电阻,V T 2用来监视R 1上的压降。该电路具有温度补偿特性，能对V T 1、V T 2的偏压以及输出电压进行温度补偿。恒功率控制电路由5部分组成;①恒流源电路(VD Z4、R 7、R 3)，给偏压电路提供恒定的集电极电流I C 1;②带温度补偿的偏压电路(V T 1、R 2)，其作用是给V T 2提供偏置电压V B1，它的发射结压降V BE1与V BE2相等且具有相同的温度系数;③电流检测电阻(R 1);④电压温度系数补偿电路(VD Z3、R 6、R 4)，利用稳压管(VD Z3) 反向击穿电压的正温度系数(βt ≈+315mV/℃
)，可对V T 2的发射结电压V BE2的负温度系数(αt ≈-211mV/℃)进行补偿，以减小V BE2的温漂;⑤电压调节电路(IC 2、VD Z2、R 5)，利用带稳压管的光耦反馈电
路使V 0在恒压区内保持恒定。
当I 0较小时V T 2截止，而VD Z2处于稳压区，开关电源工作在恒压输出方式下,V 0=15V ；此时恒功率控制电路不工作。设R 1两端压降为V R 1，因V R 1=I 0R 1，故当I 0≥1A 时,V R 1显著升高，迫使V T 1截止，而V T 2开始导通，又令VD Z2截止，电路就从恒压控制模式迅速转入恒功率控制模式，并按下述正反馈过程V 0↓→I 0↑→V R1↑→I F ↓→I C ↓→D ↑→I 0↑，使
P 0保持不变。其中,I F 为IC 2中L ED 的正向工作电
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流,I C 是TOP202Y 的控制端电流,D 为输出占空比。
需要指出，由于在电路中采取了多种温度补偿措施，因此P 0基本上不受环境温度变化的影响，这对于改善恒功率型开关电源的性能至关重要。
恒功率型开关电源的输出特性如图2所示，它近似于一条双曲线。从图中不难看出，当V 0=15V 时,I 0=1102A ,P 01=15V ×1102A =1513W ;V 0=715V 时I 0=2107A ,P 02=1515W 。显然,P 01≈P 02，这就是恒功率输出的特点。实际情况下,V 0—I 0的特性曲线允许有±10%的偏差。2 恒功率输出式开关电源的设计要点
211 集电极电流I C 1
V T 1和V T 2的参数应相同，二者的位置要尽量靠
近，置于相同的温度环境中。由VD Z4和R 3给V T 1提供恒定的集电极电流I C 1。若忽略R 2(51Ω)小电阻的影响，在稳压模式下为保证V T 1工作在放大区，其集电极电流I C 1应由下式确定:
I C 1=
V Z 4-V B E 1
R 3
黄乐夫(1)将V Z 4=511V 、V B E 1=0167V 、R 3=750中国男体
Ω代入上式得,I C 1=519mA ，近似取6mA 。温度补偿偏压经过V T 1和R 1加到V T 2上，且设计的I C 2应等于I C 1。212 饱和压降V s
V T 1的饱和压降计算公式为
V s =V BE1-I C 1・R 2
(2)
将V BE1=0167V 、I C 1=6mA 、R 2=51
Ω代入(2)式中求出,V s =0136V 。
213 输出功率oadm
输出的恒定功率值由下式确定:
P 0=V 0・
V B E 2-V s -R 4R 4+R 6
・
(V 0-V Z 3-V s )R 1
(3)
不难算出，当V 0=12V 、V BE2=0167V 、V s =0136V 、
V Z3=612V 、R 4=330Ω、R 6=18k Ω、R 1=0116Ω时，额定输出功率P 0=1512W 。
(周孝刚 编发)
(上接第17页)
printf (“%s \n \n \n ”,buffer );//
ibwrt (funcgen ,“SOUR :FUNC ?”,10);//送“SOUR :FUNC ?”给函数发生器
…
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浏阳霉素(许雪军 编发)
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14—2000年第6期仪表技术
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