摘要：分析一种采用TOP234Y型多功能单片机开关电源与8051型单片机结合设计多路开关电源的方案，同时介绍TOP34Y的内部结构及工作原理，给出该开关电源的主电路及外围电路的设计方法。
关键词：开关电源 TOP234Y 8051型单片机
引言
电源历来是各种电子设备中不可缺少的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。单片开关电源自问世以来便显示出其强大地优越性，是设计开发各种高效率中、小功率开关电源的优势器件。随着生产、生活中自动化程度的不断提高，开关电源也朝着智能化方向发展，由微控制器控制的开关电源将单片开关电源与单片机控制相结合，更加体现了开关电源的可靠性和灵活性。本文介绍一种TOPSwitch-FX系列与单片机结合设计的开关电源。
1 TOPSwitch-FX系列简介
TOPSwitch-FX系列是美国PI公司推出的具有高性价比的5端单片开关电源集成电路，包括TOP232P/G/Y-TOP234P/G/Y。
1．1 TOPSwitch-FX系列的引脚功能
TOP234Y采用TO-220-7B封装，有5个引脚，分别是控制端C、多功能端M、源极S、开关频率选择端F、漏极D。各管脚的功能如下：
控制端C：误差放大器和反馈电流的输入端，用于占空比控制。

图1

多功能端M：线路过压、欠压保护输入端；连接线电压前馈以降低最大占空比；电流极限外部设定端；远端开/关遥控及同步；将该端与S端短接将禁止芯片功能，使其工作在简单的3端模式下。
源极S：连接内部MOSFET功率管的源极，最初级控制电路的公共端和参考点。
开关频率选择端F：用于选择开关频率的输入端，该端与S端相连可得到130kHz开关频率，这有助于减小高频变压器的体积。该端与C端连接可得到65kHz开关频率。待机模式下选择半频（65kHz）工作模式能将电源功耗降至最低。P与G系列的TOPSwith没有开关频率选择端F。
漏极D：连接内部高压MOSFT功率管的漏极，通过内部开关高压电流源提供启动偏置电流。
1．2 TOPSwitch-FX系列的内部结构
TOPSwitch-FX系列的内部结构如衅1所示，主要由以下部分组成：控制电压端、基隙基准电压源、频率抖动振荡器、并联调整器/误差放大器、脉宽调制器、过流比较器、门驱动级和输出级、逐步形具有滞后特性的过热保护电路、关断/自动重启动电路、高压电流源泉、软启动电路、欠电压比较器、电流极限调节器、线路检测器、多功能端的内部电路。其工作原理是通过反馈电流来调节占空比。
2 TOP234Y与8051的开关电源设计
笔者设计的开关电源具有3路输出电压，分别是U01（5V，2.5A）、U02（5V，150mA）、U03（12V，1A），总功率25W。其中的U02主要是为8051或8051需增加的其他外设器件（如EEPROM）供电，U01和U03是为需大电压大电流的设备供电。设计中主要使用1个TOP234Y、3个光耦合器LTV817A及1个8051单片机。具体设计电路和器件参数如图2所示。
2．1 主电路设计
将除TOP234Y和8051外的电路称为主电路。电压输入电流为交流85V～265V，可适用于大多数应用场合。为承受可能从电网窜入的雷击电压，在交流输入端并联1只压敏电阻器VSR，并且加入1只熔断器，以保证整个电路的安全。为了抑制电路的电磁干扰，在交流侧串入电磁干扰滤波器（由C0，L1组成）来抑制开关电源的上升时间以及变压器振动等产生的噪音。
交流电经过桥式整流器和C1整流滤波后产生高压直流来给高频变压器的一次绕组供电。VS1和VD1能将漏感产生的尖峰电压箝位到安全值，并能衰减振铃电压。VS1采用反向击穿电压为200V的P6KF200型瞬态电压抑制器，VD0采用1A/600V的UF4006型超快恢复二极管。C1为安全电容，接在直流高压端和地之间，能滤除一次绕组、二次绕组耦合电容产生的共模干扰。
高频变压器采用EEL25。为减少高频变压器体积和增强磁场耦合程度，二次绕组采用了堆叠式绕法。二次绕组中的一路电压经过VD2、C2、L2及C3整流滤波后得到所需的电压。由于单片开关电源的开关频率较高，因此在输出整流管关断后的反向恢复过程中，会产生开关噪音，容易损坏整流管，而由阻容元件组成的RC电路虽然能对保护二极管和降噪起到一定作用，但效果不很理想，还会在电阻器上产生功率损耗，因此这里选用电感器来代替电阻器。渺茫 皮电感器L2选用3.3VμH穿心电感器，可滤除VD2在反向恢复过程中产生的开关噪音。基于以上考虑，次级绕组的其它几路输出均采用此方法滤波和消噪。反馈绕组不仅直接作为一路输出电压，而且还为TOP234Y提供了所需偏压。C6为保护电容器，用于滤除由一次、二次绕组耦合电容器引起的干扰。

图2

2．2 控制电路设计
控制电路主要指单片机开关电源器件TOP234Y和单片机8051的外围电路。开关电源部分主要由TOP234Y（U1）、线性光耦合器LTV817A（U2）组成。控制部分主要由单片同8051、线性光耦