TOPSwitchⅡ的開關(guān)電源設(shè)計

1、基于TOOPSwwitcch 的開關(guān)關(guān)電源設(shè)設(shè)計 1 引言言功率開關(guān)關(guān)管、PPWM控控制器和和高頻變變壓器是是開關(guān)電電源必不不可少的的組成部部分。傳傳統(tǒng)的開開關(guān)電源源一般均均采用分分立的高高頻功率率開關(guān)管管和多引引腳的PPWM集集成控制制器，例例如采用用UC338422MOOSFEET是國國內(nèi)小功功率開關(guān)關(guān)電源中中較為普普及的設(shè)設(shè)計方法法。 90年代代以來，出現(xiàn)了了PWMM/MOOSFEET二合合一集成成芯片，他大大大降低了了開關(guān)電電源設(shè)計計的復(fù)雜雜性，減減少了開開關(guān)電源源設(shè)計所所需的時時間，從從而加快快了產(chǎn)品品進入市市場的速速度。 二合一集集成控制制芯片多多采用33腳，44腳，55腳，77腳

2、和88腳封裝裝，其中中美國功功率集成成公司于于97年年推出的的三端脫脫線式TTOPSSwittch 系列二二合一集集成控制制器件，是該類類器件的的代表性性產(chǎn)品。2 TOOPSwwitcch 器件簡簡介 TOPSSwittch系系列器件件是三端端脫線式式PWMM開關(guān)（Thrreeterrminnal Offfliine PWMM Swwticch）的的英文縮縮寫。TTOPSSwittch系系列器件件僅用了了3個管管腳就將將脫線式式開關(guān)電電源所必必需的具具有通態(tài)態(tài)可控柵柵極驅(qū)動動電路的的高壓NN溝道功功率的MMOS場場效應(yīng)管管，電壓壓型PWWM控制制器，1100kkHz高高頻振蕩蕩器，高高壓啟動動

3、偏置電電路，帶帶隙基準(zhǔn)準(zhǔn)，用于于環(huán)路補補償?shù)牟⒉⒙?lián)偏置置調(diào)整器器以及誤誤差放大大器和故故障保護護等功能能全部組組合在一一起了。 TOPSSwittch 系列器器件是TTOPSSwittch的的升級產(chǎn)產(chǎn)品，同同后者相相比，內(nèi)內(nèi)部電路路做了許許多改進進，器件件對于電電路板布布局以及及輸入總總線瞬變變的敏感感性大大大減少，故設(shè)計計更為方方便，性性能有所所增強。其型號號包括TTOP2221TOPP2277，內(nèi)部部結(jié)構(gòu)如如圖1所所示11。 TOPSSwittch 是一個個自偏置置、自保保護的電電流占占空比線線性控制制轉(zhuǎn)換器器。由于于采用CCMOSS工藝，轉(zhuǎn)換效效率與采采用雙集集成電路路和分立立元件相相比

4、，偏偏置電流流大大減減少，并并省去了了用于電電流傳導(dǎo)導(dǎo)和提供供啟動偏偏置電流流的外接接電阻。 漏極 連連接內(nèi)部部MOSSFETT的漏極極，在啟啟動時，通過內(nèi)內(nèi)部高壓壓開關(guān)電電流源提提供內(nèi)部部偏置電電流。源極 連連接內(nèi)部部MOSSFETT的源極極，是初初級電路路的公共共點和基基準(zhǔn)點。 控制極 誤差放放大電路路和反饋饋電流的的輸入端端。在正正常工作作時，由由內(nèi)部并并聯(lián)調(diào)整整器提供供內(nèi)部偏偏流。系系統(tǒng)關(guān)閉閉時，可可激發(fā)輸輸入電流流，同時時也是提提供旁路路、自動動重啟和和補償功功能的電電容連接接點。 控制電壓壓 控制制極的電電壓Vcc給控制制器和驅(qū)驅(qū)動器供供電或提提供偏壓壓。接在在控制極極和源極極之間

5、的的外部旁旁路電容容CT，為柵柵極提供供驅(qū)動電電流，并并設(shè)置自自動恢復(fù)復(fù)時間及及控制環(huán)環(huán)路的補補償。在在正常工工作（輸輸出電壓壓穩(wěn)定）時，反反饋控制制電流給給Vc供電，并聯(lián)穩(wěn)穩(wěn)壓器使使Vc保持在在4.77V。在在啟動時時，控制制極的電電流由內(nèi)內(nèi)部接在在漏極和和控制極極之間的的高壓開開關(guān)電流流源提供供?？刂浦茦O電容容CT放電至至閾值電電壓以下下時，輸輸出MOOSFEET截止止，控制制電路處處于備用用方式。此時高高壓電流流源接通通，并再再次給電電容CTT充電。通過高高壓電流流源的接接通和斷斷開，使使Vc保持在在4.775.7V之之間。 帶隙基準(zhǔn)準(zhǔn) TOOPSwwitcch 內(nèi)部電電壓取自自具有溫溫

6、度補償償?shù)膸断痘鶞?zhǔn)電電壓。此此基準(zhǔn)電電壓也能能產(chǎn)生可可微調(diào)的的溫度補補償電流流源，用用來精確確地調(diào)節(jié)節(jié)振蕩器器的頻率率和MOOSFEET柵極極驅(qū)動電電流。 振蕩器 內(nèi)部振振蕩器通通過內(nèi)部部電容線線性地充充電放電電，產(chǎn)生生脈寬調(diào)調(diào)制器所所需的的的鋸齒波波電壓。為了降降低EMMI并提提高電源源的效率率，振蕩蕩器額定定頻率為為1000kHzz。 脈寬調(diào)制制器 流流入控制制極的電電流在RRE兩端端產(chǎn)生的的壓降，經(jīng)RCC電路濾濾波后，加到PPWM比比較器的的同相輸輸入端，與振蕩蕩器輸出出的鋸齒齒波電壓壓比較，產(chǎn)生脈脈寬調(diào)制制信號，該信號號驅(qū)動輸輸出MOOSFEET實現(xiàn)現(xiàn)電壓型型控制。正常工工作時，內(nèi)部

7、MMOSFFET輸輸出脈沖沖的占空空比隨著著控制極極電流的的增加而而線性減減少，如如圖2所所示11。 柵極驅(qū)動動器 柵柵極驅(qū)動動器以一一定速率率使輸出出MOSSFETT導(dǎo)通。為了提提高精確確度，柵柵極驅(qū)動動電流還還可以進進行微調(diào)調(diào)逐周限限流。逐逐周限流流電路用用輸出MMOSFFET的的導(dǎo)通電電阻作為為取樣電電阻，限限流比較較器將MMOSFFET導(dǎo)導(dǎo)通時的的漏源電電壓與閾閾值電壓壓VILLIMIIT進行行比較。漏極電電流過大大時，漏漏源電壓壓超過閾閾值電壓壓，輸出出MOSSFETT關(guān)斷，直到下下一個周周期，輸輸出MOOSFEET才能能導(dǎo)通。 誤差放大大器 誤誤差放大大器的電電壓基準(zhǔn)準(zhǔn)取自溫溫度補

8、償償帶隙基基準(zhǔn)電壓壓；誤差差放大器器的增益益則由控控制極的的動態(tài)阻阻抗設(shè)定定。 系統(tǒng)關(guān)閉閉/自動動重動 為了減減少功耗耗，當(dāng)超超過調(diào)整整狀態(tài)時時，該電電路將以以5的的占空比比接通和和關(guān)斷電電源。 過熱保護護 當(dāng)結(jié)結(jié)溫超過過熱關(guān)斷斷溫度（1355）時，模擬電電路將關(guān)關(guān)斷輸出出MOSSFETT。 高壓偏流流源 在在啟動期期間，該該電流源源從漏極極偏置TTOPSSwittch ，并對對控制極極外界電電容CTT充電。 在TOPPSwiitchh 系列中中，TOOP2225TTOP2227采采用TOO2220封裝裝形式，而TOOP2221TTOP2224則則有TOO2220和DDIP8，SSMD8三種種

9、封裝形形式，如如圖3所所示11。考考慮到DDIP8和SSMD8的散散熱情況況，采用用這2種種封裝形形式的器器件輸出出功能要要適當(dāng)降降低。 3 TOOPSwwitcch 應(yīng)用于于反激式式功率變變換電路路 在開關(guān)電電源電路路中，基基本類型型有5種種：單端端反激式式、單端端正激式式、推挽挽式、半半橋式和和全橋式式。對于于1000W以下下的開關(guān)關(guān)電源，多采用用單端反反激式變變換器，反激式式功率變變換電路路中的變變壓器，除了起起隔離作作用之外外，還具具有儲能能的功能能。反激激式功率率變換電電路結(jié)果果比較簡簡單，輸輸出電壓壓不受輸輸入電壓壓的限制制，亦可可提供多多路電壓壓輸出。TOPPSwiitchh 系

10、列應(yīng)應(yīng)用于單單端反激激式變換換器，典典型用法法如圖44所示2。 在圖4中中，（aa）將偏偏置線圈圈通過限限流電阻阻直接作作為TOOPSwwitcch 控制極極的輸入入；（bb）在（a）的的基礎(chǔ)上上增加了了穩(wěn)壓管管，是（a）的的增強型型；（cc）中輸輸出電壓壓通過光光耦作用用于TOOPSwwitcch 控制極極，在輸輸出電壓壓反饋精精度上有有所提高高；（dd）在（c）基基礎(chǔ)上增增加了精精密基準(zhǔn)準(zhǔn)TL4431，使得輸輸出穩(wěn)壓壓精度和和負載調(diào)調(diào)整率都都能獲得得較高的的精度。4種變變換電路路的效果果如表11所示。 4 應(yīng)用用實例 圖5為輸輸入電壓壓為8552665V，輸出為為15VV的反激激式開關(guān)關(guān)電

11、源實實際電路路。其采采用圖44中（dd）的反反饋電路路形式。 交流電壓壓經(jīng)整流流橋V22整流和和C2濾波后后，產(chǎn)生生的高壓壓直流電電壓加至至變壓器器一端，變壓器器另一端端與TOOP2224的漏漏極相連連。R99，C8和V3為緩沖沖吸收電電路，用用以吸收收TOPP2244在關(guān)斷斷過程中中由于變變壓器漏漏感引起起的電壓壓尖峰過過沖。 偏置線圈圈經(jīng)V77和C2整流濾濾波后產(chǎn)產(chǎn)生TOOP2224所需需的偏置置電壓；C6能夠濾濾除TOOP2224內(nèi)部部MOSSFETT柵極充充電電流流的峰值值，確定定重新啟啟動的頻頻率，并并與R11，R2一起補補償控制制回路。 TLP4431并并聯(lián)穩(wěn)壓壓器內(nèi)部部包含22.

12、5VV帶隙基基準(zhǔn)電壓壓、運算算放大器器和驅(qū)動動器，作作次級基基準(zhǔn)誤差差放大器器用。調(diào)調(diào)節(jié)RPP1可對對輸出電電壓實現(xiàn)現(xiàn)微調(diào)。當(dāng)輸出出電壓受受某種原原因發(fā)生生波動時時，通過過TL4431等等器件組組成的反反饋電路路，改變變流過光光耦PCC8177的發(fā)光光二極管管的電流流，從而而改變流流入TOOP2224控制制極的電電流，調(diào)調(diào)整TOOP2224內(nèi)部部MOSSFETT的輸出出占空比比，使輸輸出電壓壓重新穩(wěn)穩(wěn)壓。 5 結(jié)語語 采用TOOPSwwitcch 器件的的開關(guān)電電源與采采用分立立的MOOSFEET功率率開關(guān)及及PWMM集成控控制器的的開關(guān)電電源相比比，具有有以下特特點： （1）成成本低廉廉 TOPSSwittch 采用CCMOSS工藝制制作，并并在芯片片中集成成了盡可可能多的的功能，故與傳傳統(tǒng)的功功率開關(guān)關(guān)電路相相比，偏偏置電流流顯著降降低；開開關(guān)電源源所需的的功能集集成于芯芯片中后后，外部部的電流流傳感電電阻和初初始啟動動偏壓電電流的電電路均可可除去，可大量量減少元元器件，使產(chǎn)品品的成本本和體積積均大大大減少； （2）電電