1单片开关电源的设计要点
1.1电源效率的选定
开关电源效率（η）是指其输出功率（PO）与输入功率（PI）（即总功率）的百分比。需要指出，单片开关电源的效率随输出电压（UO）的升高而增加。因此，在低压输出时（UO=5V或3.3V），η可取75％；高压输出时（UO≥12V）,η可取85％。在中等电压输出时（5V因电源效率η=PO／PI，故开关电源的总功耗PD=PI－PO=－PO=·PO（1）
PD中包括次级电路功耗和初级电路功耗。重要的是应知道初、次级功耗是如何分配的。损耗分配系数（Z）即反映出这种关系。
设初级功耗为PP，次级功耗为PS，则PP＋PS=PD，Z=PS／PD，而1－Z=PP／PD。需要注意的是，次级功耗与高频变压器传输功率的大小有关，而初级钳位二极管的功耗应归入次级功耗之中。这是因为输入功率在漏极电压被钳位之前，已被高频变压器传输到次级的缘故。
1.2如何计算输入滤波电容的准确值
输入滤波电容的容量是开关电源的一个重要参数。CIN值选的过小，会使UImin值大大降低，而输入脉动电压UR却升高。但CIN值取得过大，会增加电容器成本，而且对于提高UImin值和降低脉动电压的效果并不明显。下面介绍计算CIN准确值的方法。
交流电压u经过桥式整流和CIN滤波，在u=umin情况下的输入电压波形如图1所示。该图是在PO=POM，fL=50Hz（或60Hz）、整流桥的响应时间tc=3ms、η=80％的情况下绘出的。由图可见，在直流高压UImin上还要叠加上一个幅度为UR的初级脉动电压，这是CIN在充放电过程中形成的。
欲获得CIN的准确值，可按下式进行计算：CIN=（2）
图1交流电压为最小值时的输入电压波形
图2正向恢复时间的电压波形
图3TOPSwitchⅡ等系列在230V交流输入时各电压参数的电位分布
举例说明，在宽范围电压输入时，umin=85V。取UImin=90V，fL=50Hz，tc=3ms，假定PO=30W，η=80％，一并带入式（2）中求出CIN=84.2μF，比例系数CIN／PO=84.2μF／30W=2.8μF／W，这恰好在（2～3）μF／W允许的范围之内。
1.3初级各电压参数的电位分布情况
下面详细介绍输入直流电压的最大值UImin、初级感应电压UOR、钳位电压UB与UBM、最大漏极电压
UDmax、漏源击穿电压U(BR)DS这6个电压参数的电位分
布情况，使读者能有一个定量的概念。
对于TOPSwitchⅡ系列单片开关电源，其功率开
关管的漏源击穿电压U(BR)DS≥700V，现取下限值700V，
其感应电压UOR=135V。本来初级钳位二极管的钳位电压UB只需取135V，即可将叠加在UOR上由漏感而造成的尖峰电压吸收掉，实际却不然。手册中给出UB参数值仅表示工作在常温、小电流情况下的数值。实际上钳位二极管（即瞬态电压抑制器TVS）还具有正向温度系数，它在高温、大电流条件下的钳位电压UBM要远高于UB。实验表明，二者存在下述关系：
UBM≈1.4UB（3）
这表明UBM大约比UB高40％。此外，为防止钳位二极管对初级感应电压UOR也起到钳位作用，所选用的TVS钳位电压应按下式计算：
UB=1.5UOR（4）
此外，还须考虑与钳位二极管相串联的阻塞二极管VD1的影响。VD1一般采用超快恢复二极管（SRD），其特征是反向恢复时间（trr）很短。但是VD1在从反向截止到正向导通过程中还存在着正向恢复时间（tfr），还需留出20V的电压余量。正向恢复时间定义为：给二极管施加一个正向瞬态电压，使之从电流为零的反向电压偏置状态转入正向电压偏置状态，直到管子的正向电压恢复到规定值所需要的时间间隔。设二极管正向压降的典型值为UF，这里讲的规定值即为1.1UF。正向恢复时间的电压波形如图2所示。由图可见，当给二极管加上正向瞬态电压时，管子由截止状态转变成导通状态的过程如下：管子的正向电压首先要从零上升到0.1UF，然后达到峰值电压UFM，再下降到1.1UF。规定从0.1UF恢复到1.1UF所需时间，即为正向恢复时间。需要注意，正向恢复时间（tfr）和反向恢复时间（trr）属于两个性质不同的特征参数。
考虑上述因素之后，TOPSwitchⅡ的最大漏源极
电压的经验公式应为：
UDmax=UImax＋1.4×1.5UOR＋20V（5）TOPSwitchⅡ各系列在230V交流固定输入时，初级电压参数对应于波形的分布情况如图3所示。此时u=230V±35V，即umax=265V，UImax=umax≈375V，UOR=135V，UB=1.5UOR≈200V，UBM=1.4UB=280V，UDmax=675V，最后再留出25V的电压余量，因此U(BR)DS=700V。实际上U(BR)DS也具有正向温度系数，当环境温度升高时U(BR)DS也会升高，上述设计就为芯片耐压值提供了额外的余量。
1.4根据IP值选择芯片的方法
单片开关电源的极限电流最小值ILIMIT（min)，均是针对室温情况下定义的。若芯片工作在比较高的温度下，其额定值应减小10％，因此通常取初级峰值电流IP=0.9ILIMIT（min)。这表明在选择芯片时，可先将IP除以0.9，转换成ILIMIT（min)值，从有关参数表中查出符合上述要求且与该数值最为接近的TOPSwitch芯片。
在PO确定之后，采用连续模式能降低IP，允许使用功率较小的芯片。若要减小磁芯及高频变压器的尺寸，应适当增加初级脉动电流IR与峰值电流IP的比值KRP。KRP的取值范围是0～1.0。KRP愈大，磁芯尺寸愈小，其代价是需采用输出功率较大的芯片。另外，增大KRP值还意味着开关电源要向不连续模式过渡，此时初级电感量LP↓，IP↑，IRMS↑，导致η↓。因此，在选择KRP值时应权衡利弊，要在减小磁芯尺寸与保证尽量高的效率这二者之间，确定最优设计方案。
2电子数据表格的结构
在用计算机设计单片开关电源时，需借助于电子数据表格才能完成。这种表格的内容以高频变压器设计为主，其它外围电路及关键元器件参数计算为辅。单路输出式开关电源的电子数据表格共分6列。A列代表输入和输出的参数。B列中是由用户输入的数据。C列为计算过程中保留的数据，这些数据可作为中间变量，在前、后设计步骤中交叉使用。D列为计算结果。E列给出的是单位（SI制）。F列是对参数的说明。
举例说明：由TOP222Y构成的7.5V、15W单片开关电源模块，其交流输入电压范围是85V～265V，电压调整率SV=±0.5％（85V～265V），负载调整率SI=±1％（负载电流从满载的10％变化到100％），输出纹波电压最大值为±50mV。表1给出该模块所对应的电子数据表格，可供读者在设计开关电源时参考。需要指出，在设计和使用电子表格时，还可根据实际电路的要求，适当增加一些参数。例如在第16行下面插入TOPSwitch的极限电流最大值ILIMIT（max)参数，并注明由此选定的芯片型号，作为新的17行，原17行就改为18行，依次顺延。表中预留出的空行也是专为插入新参数而设置的。
表1设计7.5V、15W开关电源用的电子数据表格
| A | B | C | D | E | F | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 输入 | 中间过程 | 输出 | 单位 | 参数说明 | |
| 2 | 参数 | 数据 | 保留数据 | 计算结果 | 7.5V、15W开关电源 | |
| 3 | umin | 85 | V | 交流输入电压最小值 | ||
| 4 | umax | 265 | V | 交流输入电压最大值 | ||
| 5 | fL | 50 | Hz | 电网频率 | ||
| 6 | f | 100 | kHz | 开关频率 | ||
| 7 | UO | 7.5 | V | 直流输出电压 | ||
| 8 | PO | 15 | W | 输出功率 | ||
| 9 | η | 80 | ％ | 电源效率 | ||
| 10 | Z | 0.5 | 损耗分配系数 | |||
| 11 | UFB | 10.4 | V | 反馈电压 | ||
| 12 | tc | 3.2 | ms | 整流桥响应时间 | ||
| 13 | CIN | 33 | μF | 输入滤波电容 | ||
| 14 | ||||||
| 15 | 输入TOPSwitch的变量 | |||||
| 16 | UOR | 85 | V | 初级绕组的感应电压 | ||
| 17 | UDS(ON) | 10 | V | TOPSwitch的漏－源导通电压 | ||
续表
| 18 | UF1 | 0.4 | V | 次级肖特基整流管正向压降 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 19 | UF2 | 0.7 | V | 反馈电路中高速开关整流管正向压降 | ||
| 20 | KRP | 0.92 | ％ | 初级脉动电流IR与峰值电流IP的比例系数 | ||
| 21 | ||||||
| 22 | 输入高频变压器的结构参数 | |||||
| 23 | EE22 | 铁氧体磁芯型号 | ||||
| 24 | SJ | 0.41 | cm2 | 磁芯有效横截面积 | ||
| 25 | l | 3.96 | cm | 有效磁路长度 | ||
| 26 | AL | 2.4 | μH/匝 | 磁芯不留间隙时的等效电感 | ||
| 27 | b | 8.43 | mm | 骨架宽度 | ||
| 28 | M | 0 | mm | 安全边距（安全边界宽度） | ||
| 29 | d | 2 | 层 | 初级绕组层数 | ||
| 30 | NS | 5 | 匝 | 次级匝数 | ||
| 31 | ||||||
| 32 | 直流输入电压参数 | |||||
| 33 | UImin | 93 | V | 直流输入电压最小值 | ||
| 34 | UImax | 375 | V | 直流输入电压最大值 | ||
| 35 | ||||||
| 36 | 初级电流波形参数 | |||||
| 37 | Dmax | 51 | ％ | 最大占空比（对应于umin时） | ||
| 38 | IVAG | 0.20 | A | 输入电流的平均值 | ||
| 39 | IP | 0.74 | A | 初级峰值电流 | ||
| 40 | IR | 0.68 | A | 初级脉动电流 | ||
| 41 | IRMS | 0.32 | A | 初级有效值电流 | ||
| 42 | ||||||
| 43 | 变压器初级设计参数 | |||||
| 44 | LP | 623 | μH | 初级电感量 | ||
| 45 | NP | 54 | 匝 | 初级绕组匝数 | ||
| 46 | NF | 7 | 匝 | 反馈绕组线数 | ||
| 47 | ALG | 0.215 | μH/匝 | 磁芯留间隙后的等效电感 | ||
| 48 | BM | 0.2085 | T | 最大磁通密度（BM=0.2～0.3T） | ||
| 49 | BAC | 0.0959 | T | 磁芯损耗交流磁通密度（峰峰值×0.5） | ||
| 50 | μ | 1845 | 磁芯无气隙时的相对磁导率 | |||
| 51 | δ | 0.22 | mm | 磁芯的气隙宽度（δ≥0.051mm） | ||
| 52 | α | 16.85 | mm | 有效骨架宽度 | ||
| 53 | DPM | 0.31 | mm | 初级导线的最大外径（带绝缘层） | ||
| 54 | e | 0.05 | mm | 估计的绝缘层总厚度（厚度×2） | ||
| 55 | DPm | 0.26 | mm | 初级导线的裸线直径 | ||
| 56 | 公制线径 | 0.280 | mm | 初级导线规格 | ||
| 57 | SP | 0.0516 | mm2 | 初级导线的横截面积 | ||
| 58 | J | 0.67 | A/mm2 | 电流密度J=(4～10A)/mm2 | ||
| 59 | ||||||
| 60 | 变压器次级设计参数 | |||||
| 61 | ISP | 7.95 | A | 次级峰值电流 | ||
| 62 | ISRMS | 3.36 | A | 次级有效值电流 | ||
| 63 | IO | 2.00 | A | 直流输出电流 | ||
| 64 | IRI | 2.70 | A | 输出滤波电容上的纹波电流 | ||
| 65 | ||||||
| 66 | SSmin | 0.546 | mm2 | 次级线圈最小横截面积 | ||
| 67 | 公制线径 | 0.900 | mm | 次级导线规格 | ||
| 68 | DSm | 0.91 | mm | 次级导线最小直径（裸线） | ||
| 69 | DSM | 1.69 | mm | 次级导线最大直径（带绝缘层） | ||
| 70 | NSS | 0.39 | mm | 次级绝缘最大厚度 | ||
| 71 | ||||||
| 72 | 电压极限参数 | |||||
| 73 | UDmax | 573 | V | 最高漏极电压估算值（包括漏感的作用） | ||
| 74 | U(BR)S | 42 | V | 次级整流管最高反向峰值电压 | ||
| 75 | U(BR)FB | 59 | V | 反馈电路整流管的最高反向峰值电压 | ||