基于topswitchⅱ的開關(guān)電源設(shè)計

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1、天馬行空官方博客：http://t.qq.com/tmxk_docin；QQ:1318241189；QQ群：175569632基于TOPSwitchⅡ的開關(guān)電源設(shè)計1引言功率開關(guān)管、PWM控制器和高頻變壓器是開關(guān)電源必不可少的組成部分。傳統(tǒng)的開關(guān)電源一般均采用分立的高頻功率開關(guān)管和多引腳的PWM集成控制器，例如采用UC3842＋MOSFET是國內(nèi)小功率開關(guān)電源中較為普及的設(shè)計方法。90年代以來，出現(xiàn)了PWM/MOSFET二合一集成芯片，他大大降低了開關(guān)電源設(shè)計的復(fù)雜性，減少了開關(guān)電源設(shè)計所需的時間，從而加快了產(chǎn)品進(jìn)入市場的速度。二合一集成控制芯片多采用3腳，4腳，5腳，7腳和8

2、腳封裝，其中美國功率集成公司于97年推出的三端脫線式TOPSwitchⅡ系列二合一集成控制器件，是該類器件的代表性產(chǎn)品。2TOPSwitchⅡ器件簡介TOPSwitch系列器件是三端脫線式PWM開關(guān)（Three－terminalOff－linePWMSwtich）的英文縮寫。TOPSwitch系列器件僅用了3個管腳就將脫線式開關(guān)電源所必需的具有通態(tài)可控柵極驅(qū)動電路的高壓N溝道功率的MOS場效應(yīng)管，電壓型PWM控制器，100kHz高頻振蕩器，高壓啟動偏置電路，帶隙基準(zhǔn)，用于環(huán)路補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)偏置調(diào)整器以及誤差放大器和故障保護(hù)等功能全部組合在一起了。TOPSwitchⅡ系列器件是TOP

3、Switch的升級產(chǎn)品，同后者相比，內(nèi)部電路做了許多改進(jìn)，器件對于電路板布局以及輸入總線瞬變的敏感性大大減少，故設(shè)計更為方便，性能有所增強(qiáng)。其型號包括TOP221－TOP227，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。TOPSwitchⅡ是一個自偏置、自保護(hù)的電流－占空比線性控制轉(zhuǎn)換器。由于采用CMOS工藝，轉(zhuǎn)換效率與采用雙集成電路和分立元件相比，偏置電流大大減少，并省去了用于電流傳導(dǎo)和提供啟動偏置電流的外接電阻。漏極連接內(nèi)部MOSFET的漏極，在啟動時，通過內(nèi)部高壓開關(guān)電流源提供內(nèi)部偏置電流。源極連接內(nèi)部MOSFET的源極，是初級電路的公共點和基準(zhǔn)點?？刂茦O誤差放大電路和反饋電流的輸入端。

4、在正常工作時，由內(nèi)部并聯(lián)調(diào)整器提供內(nèi)部偏流。系統(tǒng)關(guān)閉時，可激發(fā)輸入電流，同時也是提供旁路、自動重啟和補(bǔ)償功能的電容連接點。控制電壓控制極的電壓Vc給控制器和驅(qū)動器供電或提供偏壓。接在控制極和源極之間的外部旁路電容CT，為柵極提供驅(qū)動電流，并設(shè)置自動恢復(fù)時間及控制環(huán)路的補(bǔ)償。在正常工作（輸出電壓穩(wěn)定）時，反饋控制電流給Vc供電，并聯(lián)穩(wěn)壓器使Vc保持在4.7V。在啟動時，控制極的電流由內(nèi)部接在漏極和控制極之間的高壓開關(guān)電流源提供。控制極電容CT放電至閾值電壓以下時，輸出MOSFET截止，控制電路處于備用方式。此時高壓電流源接通，并再次給電容CT充電。通過高壓電流源的接通和斷開，使V

5、c保持在4.7－5.7V之間。帶隙基準(zhǔn)TOPSwitchⅡ內(nèi)部電壓取自具有溫度補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電壓。此基準(zhǔn)電壓也能產(chǎn)生可微調(diào)的溫度補(bǔ)償電流源，用來精確地調(diào)節(jié)振蕩器的頻率和MOSFET柵極驅(qū)動電流。振蕩器內(nèi)部振蕩器通過內(nèi)部電容線性地充電放電，產(chǎn)生脈寬調(diào)制器所需的的鋸齒波電壓。為了降低EMI并提高電源的效率，振蕩器額定頻率為100kHz。脈寬調(diào)制器流入控制極的電流在RE兩端產(chǎn)生的壓降，經(jīng)RC電路濾波后，加到PWM比較器的同相輸入端，與振蕩器輸出的鋸齒波電壓比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號，該信號驅(qū)動輸出MOSFET實現(xiàn)電壓型控制。正常工作時，內(nèi)部MOSFET輸出脈沖的占空比隨著控制極電流的增加

6、而線性減少，如圖2所示[1]。柵極驅(qū)動器柵極驅(qū)動器以一定速率使輸出MOSFET導(dǎo)通。為了提高精確度，柵極驅(qū)動電流還可以進(jìn)行微調(diào)逐周限流。逐周限流電路用輸出MOSFET的導(dǎo)通電阻作為取樣電阻，限流比較器將MOSFET導(dǎo)通時的漏源電壓與閾值電壓VILIMIT進(jìn)行比較。漏極電流過大時，漏源電壓超過閾值電壓，輸出MOSFET關(guān)斷，直到下一個周期，輸出MOSFET才能導(dǎo)通。誤差放大器誤差放大器的電壓基準(zhǔn)取自溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)電壓；誤差放大器的增益則由控制極的動態(tài)阻抗設(shè)定。系統(tǒng)關(guān)閉/自動重動為了減少功耗，當(dāng)超過調(diào)整狀態(tài)時，該電路將以5％的占空比接通和關(guān)斷電源。過熱保護(hù)當(dāng)結(jié)溫超過熱關(guān)斷溫度（1

7、35℃）時，模擬電路將關(guān)斷輸出MOSFET。高壓偏流源在啟動期間，該電流源從漏極偏置TOPSwitchⅡ，并對控制極外界電容CT充電。在TOPSwitchⅡ系列中，TOP225－TOP227采用TO－220封裝形式，而TOP221－TOP224則有TO－220和DIP－8，SMD－8三種封裝形式，如圖3所示[1]?？紤]到DIP－8和SMD－8的散熱情況，采用這2種封裝形式的器件輸出功能要適當(dāng)降低。3TOPSwitchⅡ應(yīng)用于反激式功率變換電路在開關(guān)電源電路中，基本類型有5種：單端反激式、單端