电源技术讲解

1、第4讲 脉宽调制电路与保护电路4.1 脉宽调制电路与集成控制器4.2 控制用辅助电源与启动电路4.3 过电流与过电压保护电路4.4 最新集成控制器的发展趋势与关键问题4.1 脉宽调制电路与集成控制器1 他激式脉宽调制开关稳压电源他激式脉宽调制开关稳压电源构成框图T1D1L1C1Q1R1V1D2R2振 荡 器振 荡 器PWM+-原理：的输出。，控制果送至进行放大。放大结对比较结果误差相比较，并由压上，与基准电送到输出电压经分压器PWMPWMAVAR输出电压低时，脉宽变宽。输出电压高时，脉宽变窄。脉宽调制电路之使用单稳态多谐振荡器电路振 荡 器触 发 器单 稳 态 多 谐 振 荡 器输出输出A输出

2、输出B使用单稳态多谐振荡器的脉宽调制电路构成框图T调整RC时间常数，可改变脉宽T。缺点：脉宽不能为零。脉宽窄时，重复脉缺点：脉宽不能为零。脉宽窄时，重复脉冲易引起误动作！冲易引起误动作！脉宽调制电路之使用比较器电路锯 齿 波 （ 三 角 波 ） 振 荡 器V1触触发发器器输输出出A输输出出B调整VC，可改变脉宽T。优点：脉宽可以从零到任意值变化。控制优点：脉宽可以从零到任意值变化。控制准确，耐噪声能力强！准确，耐噪声能力强！TL494TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。主要特征1、集成了全部的脉宽调制电路。

3、2、片内置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容）。3、内置误差放大器。4、内置5V参考基准电压源。5、可调整死区时间。6、内置功率晶体管可提供500mA的驱动能力。7、推挽和单端两种输出方式。外观图外观图引脚图引脚图 TL494TL494工作原理简述工作原理简述 TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下：ZTTkHCRf2 . 1电容电容C CT T上的正向锯齿波信号分别加到死区比较器和上的正向锯齿波信号分别加到死区比较器和PWMPWM比较器的比较器的反相输入端，与另外两个控制信号进行

4、比较，实现脉冲宽度调制。反相输入端，与另外两个控制信号进行比较，实现脉冲宽度调制。脉冲宽度调制信号加到门电路的输入端，经触发器分频，由门电脉冲宽度调制信号加到门电路的输入端，经触发器分频，由门电路驱动路驱动TL494TL494内部的两个输出三极管内部的两个输出三极管Q1Q1和和Q2Q2交替导通和截止，通交替导通和截止，通过引脚过引脚8 8和引脚和引脚1111向外输出相位相差向外输出相位相差180180的脉宽调制控制脉冲。的脉宽调制控制脉冲。功率输出管功率输出管Q1Q1和和Q2Q2受控于或非门，即只有在锯齿波电压大于引脚受控于或非门，即只有在锯齿波电压大于引脚3 3和引脚和引脚4 4上的输入控制

5、信号时才会被选通。当控制信号幅值增加上的输入控制信号时才会被选通。当控制信号幅值增加时，输出脉冲的宽度将减小，如下页图所示。时，输出脉冲的宽度将减小，如下页图所示。TL494脉冲控制波形脉冲控制波形 工作原理工作原理TL494电路图如下页图所示，主要由死区时间比较器、脉宽调制比较器、误差放大器、触发器、基准电压发生器等几大部分构成。控制信号由外部输入，分别送往死区时间比较器和误差放大器。其中，死区时间比较器用于限制最小输出死区时间(约为锯齿波周期的4%)，一旦将死区控制端接固定电压，便可在输出脉冲上产生附加的死区时间。脉冲宽度调制比较器用于协助误差放大器进行输出脉宽的调节，由于误差放大器的输出

6、端经常处于高电平的状态，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算，使得误差放大器仅需最小的输出即可支配控制电路。 当比较器CT放电，一个正脉冲出现在死区比较器的输出端，受脉冲约束的双稳触发器进行计时，同时停止输出管Q1和Q2的工作。若输出控制端连接到参考电压源，那么调制脉冲交替输出至两个输出晶体管，输出频率等于脉冲振荡器的一半。如果工作于单端状态，且最大占空比小于50%时，输出驱动信号分别从晶体管Q1或Q2取得。输出变压器一个反馈绕组及二极管提供反馈电压。在单端工作模式下，当需要更高的驱动电流输出，亦可将Q1和Q2并联使用，这时，需将输出模式控制脚接地以关闭双稳触发器。这种状态下，输出的脉

7、冲频率将等于振荡器的频率。 TL494内置一个5.0V的基准电压源，使用外置偏置电路时，可提供高达10mA的负载电流，在典型的070温度范围50mV温漂条件下，该基准电压源能提供5%的精确度。 TL494的典型电气参数的典型电气参数3289165711414131712101819162022232115252627245V稳压电路TL494TL494的触发器与输出电路的触发器与输出电路TL494典型实用电路典型实用电路-推挽式输出小功率开关稳压电源 TL494TL494典型实用电路典型实用电路-汽车音响开关电源电路汽车音响开关电源电路TL494TL494典型实用电路典型实用电路-逆变器电路逆

8、变器电路TL494TL494典型实用电路典型实用电路TL494TL494典型实用电路典型实用电路辅助电源用自激式直流辅助电源用自激式直流-直流变换器直流变换器辅助电源输出直流输入.100-160V.T1用光耦合器对用光耦合器对1 1次与次与2 2次间进行隔离的控制电路次间进行隔离的控制电路TL494TL494中误差放大器的输出电路中误差放大器的输出电路11535V稳压稳压电源电源FEEDBACK振荡器振荡器FF输入输入4.2 控制用辅助电源与启动电路具有独立辅助电源而检测电路与具有独立辅助电源而检测电路与PWM电路采用同一电源实例电路采用同一电源实例交流输入不使用逆变器的场合T1T2T3123

9、4568101112PWM139161715718Ln2(9)9141920交流输入直流直流-交交流逆变器流逆变器T1T21871765421PWM10Ln4(8)8Ln5(13)1316启 动 电 路Ln1(3)3启 动 电 路11PWMPWMLn6(12)1214191591.控制用辅助电源检测电路与检测电路与PWM电路电源各自独立电路电路电源各自独立电路1. 控制用辅助电源使用变压器传送信号使用变压器传送信号交交流流输输入入Tr2Tr1T2T1PWM612411Ln1(10)10Ln2(3)351491216Ln3(13启动电路启动电路启动电路启动时，通过R2和

10、Tr1为PWM 提供电源；Tr1Tr2T1PWM与 启 动 电 路R1R2 4610Ln4(1)Ln5(2)285161379+-DC100160V启动后，由变压器辅助绕组为PWM 提供电源；启动后，当变压器辅助绕组供给电压高于稳压二极管电压则Tr1截止。故Tr1和R2仅在启动时消耗功率。Tr1选电流放大倍数高的管子；选电流放大倍数高的管子；R2选承受大功率的品种或不燃性电阻。选承受大功率的品种或不燃性电阻。（防止当（防止当Tr1或或IC损坏时造成功率损耗增大或产生火花。损坏时造成功率损耗增大或产生火花。2 启动电路R1R2R3C1Tr1Tr21R49R52103C28T145616711PW

11、M与启与启动电动电路路DC100160V启动电路启动电路DZ1DZ2电源接通时，通过电阻R2对C1充电，C1电压上升,当PUT阳极电位高于DZ1稳定电压时，PUT导通，电容C1上电压通过Tr1加到PWM上。2 启动电路启动电路启动电路T1RSCF带 常 备 用 功 能 IC6Ln1(10)10Ln2(4)42Ln4(1)11151673+-存在问题（a）（b）（c）（d）（d）当负载为CPU等时，可能使CPU通电复位电路不能正常工作。（b）（c）输出电压波形有过冲，形成过压加到负载上。（a）是输出电压理想波形产生原因产生原因补偿措施补偿措施4.3 过电流与过电压保护电路C1R1DVRR2C2V

12、CC5VRS控制信号控制信号的输出的输出输出输出VOIO恒流型过电流保护电路恒流型过电流保护电路输出电流减小。变窄，输出电压下降，输出控制信号，使脉宽，进行比较，若和，将电压上的电压为检测电阻在，负载电流进行分压，对基准电压和电阻AVVVVRIVRIVRRRVVRRSRSRSOSSORRR22212221过电流保护电路过电流保护电路IOISIMVO。启动电源题。因此采用现输出电压不升高的问点的补偿电压，则会出。故若降低放大器工作，过电流保护工作点为上输出电压为剧下降。理论有过载，输出电压会急而改变，增益高时，稍放大器的增益例，随过电流保护反馈阻变化时的电流下降比。相对负载电和负载构成的桥式电路

13、、检测电路由STSVRRR0021)(122344RRRRRRRVISOM过电流设定值)(4334435RRRRRRRRVISSTS短路电流RSR1R2R3R4DVCCRS1316VO+VSTIO过电流保护电路过电流保护电路IOISIMVO)(122344RRRRRRRVISOM过电流设定值)(511RRRRVISSTS短路电流R1R2DRS1DFD2C1C2R4R5D1RS2DF1D3C3C4R111电源电源A电源电源B+VST+VSTIO负载负载故障当电源A 上升延迟后，电源B的输出通过续流二极管DF流通，电源A的输出变为反极性。若输出电压极性变反，则电源A的过电流保护动作，电源A永远不会

14、上升。R1R2R3R4DVCCRS1输出输出防止故障电路4.4 最新集成控制器的发展趋势与关键问题1.SG3525SG3525是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片，它简单可靠及使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力；内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。芯片特点1)工作电压范围宽：835V。2)内置51V10%的基准电压源。3)芯片内振荡器工作频率宽100Hz400kHz。4)具有振荡器外部同步功能。5)死区时间可调。为了适应驱动快速场效应管的需要，末级采用推拉式工作电路，使开关速度更陕，末级输出

15、或吸入电流最大值可达400mA。6)内设欠压锁定电路。当输入电压小于8V时芯片内部锁定，停止工作(基准源及必要电路除外)，使消耗电流降至小于2mA。7)有软启动电路。比较器的反相输入端即软启动控制端芯片的引脚8，可外接软启动电容。该电容器内部的基准电压Uref由恒流源供电，达到25V的时间为t=(25V/50A)C，占空比由小到大(50%)变化。8)内置PWM(脉宽调制)。锁存器将比较器送来的所有的跳动和振荡信号消除。只有在下一个时钟周期才能重新置位，系统的可靠性高。内置5.1V精密基准电源，基准电压源采用三端稳压电路，工作电压范围宽，其输入电压VCC可在8V35V范围内变化，通常采用+15V

16、，其输出电压VST5.1V，精度1.0%，具有温度补偿功能。由于基准电压在误差放大器的共模输入范围内，因此无须外接分压电阻。基准电压源提供芯片内部工作电路的电源，也可从基准电压端引脚16输出，提供输出电流50mA，设有过流保护电路 。 SG3525中设置了欠压锁定电路，在欠压状态下，即Vcc2.5V时，欠压锁定电路即开始工作，直至Vcc=8V。在Vcc达到8V之前，电路内部各部分都已建立了正常的工作状态，而当Vcc从8V降至7.5V时，欠压锁定电路则又开始恢复工作，控制器内部电路锁定，除基准电源和一些必要电路之外，其他部分停止工作，此时控制器消耗的电流极小，降至约2mA。 振荡器工作频率范围宽

17、，为100Hz400kHz，死区时间可调，并且具有外部同步功能。振荡电路从基准电压源取得双门限电压，其高门限电压VH =9.3V，低门限电压VL = 0.9V。在SG3525中，除了定时电容CT引脚5和定时电阻RT两个引脚6外，又增加了一个同步端引脚3和一个放电端引脚7， CT取值范围为0.001u F到0.1u F， 10.67TTtR C21.3DTtR C 当需要多个芯片同步工作时，每个芯片有各自的震荡频率，但几个芯片的工作当需要多个芯片同步工作时，每个芯片有各自的震荡频率，但几个芯片的工作频率不能相差太大，此时可以将振荡器的同步信号输入端引脚频率不能相差太大，此时可以将振荡器的同步信号

18、输入端引脚3接外部同步脉冲信接外部同步脉冲信号，实现与外电路的同步，同步脉冲的频率应比震荡频率号，实现与外电路的同步，同步脉冲的频率应比震荡频率FOSC略低一些。分别将略低一些。分别将多只多只SG3525的的4脚和脚和3脚相连，这时所有芯片与最快的芯片工作频率同步，也可以脚相连，这时所有芯片与最快的芯片工作频率同步，也可以使单个芯片以外部时钟频率工作。如不需多个芯片同步工作时，使单个芯片以外部时钟频率工作。如不需多个芯片同步工作时，3脚和脚和4脚悬空。脚悬空。 CT周期性充电和放电形成的锯齿波送至周期性充电和放电形成的锯齿波送至PWM比较器的同相输入端，反向输入比较器的同相输入端，反向输入端增

19、加至两个，一个反相输入端连接误差放大器的输出信号，另一个连接外部控制端增加至两个，一个反相输入端连接误差放大器的输出信号，另一个连接外部控制信号。误差放大器由两级差分放大器构成，其直流开环放大倍数为信号。误差放大器由两级差分放大器构成，其直流开环放大倍数为80dB 左右，误左右，误差放大器的反相输入端引脚差放大器的反相输入端引脚1通常连接到电源输出电压的电阻分压器上，对输出电通常连接到电源输出电压的电阻分压器上，对输出电压取样反馈，同相输入端引脚压取样反馈，同相输入端引脚2通常接到基准电压引脚通常接到基准电压引脚16的电阻分压器上，取得的电阻分压器上，取得2.5V的基准电压作为参考电压，误差放

20、大器的比较输出信号与锯齿波电压信号的基准电压作为参考电压，误差放大器的比较输出信号与锯齿波电压信号 12111(0.671.3)TDTfTttRRC SG3525内置有软启动电路，在软启动输入端引脚内置有软启动电路，在软启动输入端引脚8外接软启动电容外接软启动电容Css。接通。接通电源瞬间，由于电容两端的电压不能突变，因此与软启动电容相连的电源瞬间，由于电容两端的电压不能突变，因此与软启动电容相连的PWM比较器反比较器反相输入端处于低电平，相输入端处于低电平，PWM比较器输出高电平，比较器输出高电平，PWM锁存器的输出也为高电平，锁存器的输出也为高电平，该高电平通过或非门输出逻辑控制电路，使输

21、出晶体管截止。上电过程中，该高电平通过或非门输出逻辑控制电路，使输出晶体管截止。上电过程中，SG3525内部的内部的50uA恒流源对电容恒流源对电容CSS充电，电容两端电压线性缓慢升高，充电，电容两端电压线性缓慢升高，PWM比较器输出比较器输出PWM脉冲的占空比从零逐渐增加到最大（脉冲的占空比从零逐渐增加到最大（50%），完成软启动过程，），完成软启动过程， SG3525采用关断控制电路进行限流控制，包括逐个脉冲电流限制和直流输出电流采用关断控制电路进行限流控制，包括逐个脉冲电流限制和直流输出电流的限流控制。当过流脉冲信号送至关闭控制端引脚的限流控制。当过流脉冲信号送至关闭控制端引脚10时，电

22、压超过时，电压超过0.7V时，芯片将时，芯片将进行限流操作，当关断引脚引脚进行限流操作，当关断引脚引脚10电压超过电压超过1.4V时，时，PWM锁存器将立即动作，禁锁存器将立即动作，禁止止SG3525的输出，直至下一个时钟周期才能恢复，同时，通过外接软启动电容放的输出，直至下一个时钟周期才能恢复，同时，通过外接软启动电容放电，放电电流为电，放电电流为150uA。如果引脚。如果引脚10的该高电平信号持续时间较长，软启动电容将的该高电平信号持续时间较长，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程。如果关断信号为短暂的高充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程。如果关断信号

23、为短暂的高电平，电平，PWM信号将被中止，但此时软启动电容没有明显的放电过程。故通过引脚信号将被中止，但此时软启动电容没有明显的放电过程。故通过引脚10可实现逐个脉冲的过流限制。注意，可实现逐个脉冲的过流限制。注意，Shutdown引脚不能悬空，应通过接地电阻引脚不能悬空，应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合进来的噪音信号影响可靠接地，以防止外部干扰信号耦合进来的噪音信号影响SG3525的正常工作。的正常工作。 锁存器由锁存器由PWM高电平和关断电路置位，封锁输出，由振荡器输出脉冲复位。高电平和关断电路置位，封锁输出，由振荡器输出脉冲复位。当关断电路工作时，即使过电流信号立即消失，锁

24、存器也可以维持一个周期的关断，当关断电路工作时，即使过电流信号立即消失，锁存器也可以维持一个周期的关断，直到下一周期时钟信号使锁存器复位。直到下一周期时钟信号使锁存器复位。 62.550 10sstC 为了适应驱动快速场效应管的需要，为了适应驱动快速场效应管的需要，SG3525的输出级采用推挽式结构，双通的输出级采用推挽式结构，双通道输出，关断速度更快。锁存器输出的道输出，关断速度更快。锁存器输出的PWM信号、振荡器的时钟信号和触发器的方信号、振荡器的时钟信号和触发器的方波信号经过或非逻辑控制电路驱动输出，当所有信号为低电平时，输出级晶体管导波信号经过或非逻辑控制电路驱动输出，当所有信号为低电

25、平时，输出级晶体管导通。由于触发器的两个输出和互补，输出通。由于触发器的两个输出和互补，输出A引脚引脚11和输出和输出B引脚引脚14交替输出高电交替输出高电平，其宽度和平，其宽度和PWM信号的负脉冲相等。脉冲很窄的时钟信号输入到逻辑或非门电路，信号的负脉冲相等。脉冲很窄的时钟信号输入到逻辑或非门电路，可使两个门的输出同时有一段低电平，以产生死区时间。输出可使两个门的输出同时有一段低电平，以产生死区时间。输出A和输出和输出B分别输出相分别输出相位相差位相差180的的PWM信号，占空比信号，占空比0-50%可调，其拉电流和灌电流峰值达可调，其拉电流和灌电流峰值达200mA。由于存在开闭滞后，使流出

26、和吸收间出现重迭导通。在重迭处有一个电流尖脉冲，由于存在开闭滞后，使流出和吸收间出现重迭导通。在重迭处有一个电流尖脉冲，起持续时间约为起持续时间约为 l00ns。可以在。可以在13脚处接一个约脚处接一个约0. luf 的电容滤去电压尖峰。的电容滤去电压尖峰。 引引脚脚13作为推挽输出级的电压源，可以和作为推挽输出级的电压源，可以和15脚共用一个电源，也可用更高电压的电源，脚共用一个电源，也可用更高电压的电源，提高输出级输出功率，其输入电压范围是提高输出级输出功率，其输入电压范围是4.5V-35V。由于存在开闭滞后，使输出和。由于存在开闭滞后，使输出和吸收之间出现重叠导通，在重叠处有一个电流尖脉

27、冲，持续时间约为吸收之间出现重叠导通，在重叠处有一个电流尖脉冲，持续时间约为100ns，所以，所以通常在引脚通常在引脚13连接一个约连接一个约0.1uf 的电容滤去电压尖峰。的电容滤去电压尖峰。 SG3525单端输出 驱动功率MOSFET驱动半桥式变换器DC-DC推挽变换器 UC3842引脚排列 UC3842内部集成了振荡器、具有温度补偿的高增益误差放大器、电流检测比较器、推挽式输出电路、输入和基准欠电压锁定电路以及PWM锁存器电路，其内部结构及基本外围电路如下页图所示。 UC3842内部结构及基本外围电路 1cdftt 在在CT放电期间，振荡器产生一个内部消隐脉冲保持放电期间，振荡器产生一个

28、内部消隐脉冲保持“或非或非”门的中间输入为高电平，门的中间输入为高电平，输出为低状态，从而产生了一个可控的输出死区时间。下页图为输出为低状态，从而产生了一个可控的输出死区时间。下页图为RT与振荡器频率关与振荡器频率关系曲线，下页图为输出死区时间与频率关系曲线，两组曲线都对应给定的系曲线，下页图为输出死区时间与频率关系曲线，两组曲线都对应给定的CT值。尽值。尽管不同的管不同的RT和和CT组合可以产生相同的震荡频率，但在给定的频率下只有一组满足组合可以产生相同的震荡频率，但在给定的频率下只有一组满足特定的输出死区时间，所以应当首先根据死区时间的要求确定定时电容的取值，再特定的输出死区时间，所以应当

29、首先根据死区时间的要求确定定时电容的取值，再根据给定的频率得到定时电阻的阻值。根据给定的频率得到定时电阻的阻值。 111.8()()()cTTf kHzTtRkCFRT与振荡器频率关系曲线 输出死区时间与频率关系曲线 的偏置电压连接误差放大器的同相输入端，最大输入偏置电流为的偏置电压连接误差放大器的同相输入端，最大输入偏置电流为2.0uA。误差放大。误差放大器的反相输入端引脚器的反相输入端引脚2通常连接反馈电压，与误差放大器同相端的通常连接反馈电压，与误差放大器同相端的2.5V 基准电压进基准电压进行比较，产生偏差电压，从而控制脉冲宽度。误差放大器的输出电压经过两个二极行比较，产生偏差电压，从

30、而控制脉冲宽度。误差放大器的输出电压经过两个二极管压降（约为管压降（约为1.4V）后通过）后通过2：1电阻分压至原来的电阻分压至原来的1/3，连接至电流检测比较器的，连接至电流检测比较器的反相输入端，同时采用稳压管箝位在反相输入端，同时采用稳压管箝位在1.0V，即电流检测比较器的反相输入端最高电，即电流检测比较器的反相输入端最高电压不超过压不超过1.0V。误差放大器的输出端通过引脚。误差放大器的输出端通过引脚1引出，可以在引脚引出，可以在引脚1和引脚和引脚2之间接之间接入负反馈电阻和负反馈电容，用于外部回路补偿，控制脉冲宽度。增加频带宽度，入负反馈电阻和负反馈电容，用于外部回路补偿，控制脉冲宽

31、度。增加频带宽度，消除高频寄生振荡。消除高频寄生振荡。 电流检测比较器的同相输入端引脚电流检测比较器的同相输入端引脚3通常作为外部的电流取样输入，连接电路如下通常作为外部的电流取样输入，连接电路如下页图所示。取样电阻页图所示。取样电阻RS直接与功率电路相连，将场效应开关管直接与功率电路相连，将场效应开关管Q1的源极电流，也的源极电流，也就是就是Q1的漏极和开关变压器的漏极和开关变压器T的初级绕组中的电流的变化转换成电压的变化，输入的初级绕组中的电流的变化转换成电压的变化，输入电流检测比较器，波形如时序图所示。其波形的宽窄和幅值的大小决定于电流检测比较器，波形如时序图所示。其波形的宽窄和幅值的大

32、小决定于Q1导通时导通时间的长短，导通时间越长，其宽度就越宽，幅值越高。在正常工作状态下，峰值电间的长短，导通时间越长，其宽度就越宽，幅值越高。在正常工作状态下，峰值电流由引脚流由引脚1的电压控制，计算公式为：的电压控制，计算公式为： 或者可以通过电流互感器与功率电路相连，以减小功耗。由于输出整流二极管的反或者可以通过电流互感器与功率电路相连，以减小功耗。由于输出整流二极管的反向恢复时间或者电源变压器内部寄生电容的影响，在电流波形的上升沿将产生很大向恢复时间或者电源变压器内部寄生电容的影响，在电流波形的上升沿将产生很大的电流尖峰脉冲，导致控制器的输出脉冲意外中断。为了抑制尖峰脉冲，可以在电的电

33、流尖峰脉冲，导致控制器的输出脉冲意外中断。为了抑制尖峰脉冲，可以在电流检测输入端增加一个流检测输入端增加一个RC滤波网络，其时间常数与尖峰电流持续的时间大致相等，滤波网络，其时间常数与尖峰电流持续的时间大致相等，约为几百纳秒。约为几百纳秒。(1)1.43pinpkSVVIR(max)1.0pkSVIR 35W开关电源电路 化了电源外围电路，提高了可靠性，降低了成本，使得电源化了电源外围电路，提高了可靠性，降低了成本，使得电源的设计更加简单快捷。此外由于的设计更加简单快捷。此外由于PWM控制器和控制器和MOSFET功率开关管是在管壳内连功率开关管是在管壳内连接的，连线极短，这就消除了高频辐射现象

34、，改善了电源的电磁兼容性能。接的，连线极短，这就消除了高频辐射现象，改善了电源的电磁兼容性能。 TOPSwitch的产品分类及最大输出功率POM（单位：W） （a）TO-220封装 （b）DIP-8、SMD-8封装TOPSwitch引脚排列 源极源极S是片内输出功率管是片内输出功率管MOSFET的源极，对于的源极，对于TO-220封装，与芯片外壳相连，封装，与芯片外壳相连，对于对于DIP-8和和SMD-8封装，有封装，有6个互相连通的引脚，其中个互相连通的引脚，其中1、2、3引脚作为信号地，引脚作为信号地，6、7、8则为高压返回端（则为高压返回端（HV RTN），即功率地。这两组引脚连接到印刷

35、电路板地线），即功率地。这两组引脚连接到印刷电路板地线区域的不同位置，可以避免大电流通过功率地线形成压降，对控制端产生干扰。区域的不同位置，可以避免大电流通过功率地线形成压降，对控制端产生干扰。 控制极控制极C是误差放大电路和反馈电流的输入端。在正常工作时，由内部并联调是误差放大电路和反馈电流的输入端。在正常工作时，由内部并联调整器提供内部偏流。系统关闭时，可激发输入电流，同时也是提供旁路、自动重起整器提供内部偏流。系统关闭时，可激发输入电流，同时也是提供旁路、自动重起和补偿功能的电容连接点。和补偿功能的电容连接点。 (1)输入交流电压和频率的范围极宽。固定电压输入时可选输入交流电压和频率的范

36、围极宽。固定电压输入时可选110V115V230V交流交流电，精度电，精度15，宽电压范围输入时，适配，宽电压范围输入时，适配85V265V交流电，但交流电，但POM值要比前者值要比前者降低降低40。 (2)开关频率的典型值为开关频率的典型值为100kHz，允许范围是，允许范围是90kHz110kHz，占空比调节范围是，占空比调节范围是1.767。(3)温度范围温度范围0-70摄氏度，最高结温摄氏度，最高结温135摄氏度。摄氏度。(4)电源效率可达电源效率可达80左右，比线性集成稳压电源提高了近一倍。左右，比线性集成稳压电源提高了近一倍。TOPSwitch-将脉宽调制（将脉宽调制（PWM）控制

37、系统的全部功能集成到三端芯片中，内置）控制系统的全部功能集成到三端芯片中，内置脉宽调制器、功率开关场效应管（脉宽调制器、功率开关场效应管（MOSFET）、高频振荡器、自动偏置电路、保护）、高频振荡器、自动偏置电路、保护电路、高压启动电路和环路补偿电路等，内部结构如图所示。电路、高压启动电路和环路补偿电路等，内部结构如图所示。内部结构图自动重启动电路一自动重启动电路一 TOPSwitch 内部电压取自具有温度补偿的带隙基准电压源，此基准电压源产内部电压取自具有温度补偿的带隙基准电压源，此基准电压源产生可微调的温度补偿电流源，来精确调节振荡器频率和生可微调的温度补偿电流源，来精确调节振荡器频率和M

38、OSFET栅极驱动电流。栅极驱动电流。 内部振荡电容在所设定的上、下阈值电压内部振荡电容在所设定的上、下阈值电压VH，VL之间周期性地线性充、放电之间周期性地线性充、放电便产生了脉宽调制所需要的锯齿波（便产生了脉宽调制所需要的锯齿波（SAW）；与此同时还产生最大占空比信号）；与此同时还产生最大占空比信号Dmax和时钟信号和时钟信号CLOCK。为减小电磁干扰，提高电源效率，振荡频率即开关频率。为减小电磁干扰，提高电源效率，振荡频率即开关频率设计为设计为100kHz 当加到控制端的反馈电流超过所需电流值时，就通过误差放大器进行分流，确当加到控制端的反馈电流超过所需电流值时，就通过误差放大器进行分流

39、，确保保VC=5.7V。误差放大器的电压基准取自温度补偿带隙基准电压，控制端电流。误差放大器的电压基准取自温度补偿带隙基准电压，控制端电流IC可可直接取自反馈电路，亦可接光耦反馈电路，由光耦合器输出控制电流并实现电气隔直接取自反馈电路，亦可接光耦反馈电路，由光耦合器输出控制电流并实现电气隔离，能提高控制灵敏度。离，能提高控制灵敏度。 通过改变控制端电流通过改变控制端电流IC的大小，能连续调节脉冲占空比，实现脉宽调制（的大小，能连续调节脉冲占空比，实现脉宽调制（PWM）。）。D与与IC呈线性关系，特性曲线如图呈线性关系，特性曲线如图7-25所示。在所示。在IC=2-6mA范围内，范围内，D与与I

40、C呈线性关呈线性关系。系。 电流与占空比的关系当控制端电流IC流过电阻RFB时，产生误差电压Vr，经由RA，CA组成的截止频率为7kHz低通滤波器，降低开关噪声的影响，加至PWM比较器的同相输入端，再与锯齿波电压VJ进行比较，产生脉宽调制信号VPWM。栅极驱动器以一定的受控速率使输出级MOSFET导通，从而使共模电磁干扰减到最小，栅极驱动电流可微调节以改进精度。 TOPSwitch的极限电流典型值此外，芯片还具有初始输入电流限制功能。刚通电时可将整流后的直流电流限制在06ILIMIT(对应于交流265V输入电压)或0.75ILIMIT(对应于交流85V输入电压)。 在功率在功率MOSFET刚导

41、通时，前沿闭锁电路将过流比较器输出的上升沿封锁刚导通时，前沿闭锁电路将过流比较器输出的上升沿封锁180ns的的时间，这样可避免因一次侧电容和二次侧整流管在反向恢复时间内产生的尖峰电流，而时间，这样可避免因一次侧电容和二次侧整流管在反向恢复时间内产生的尖峰电流，而导致开关脉冲过早的结束。导致开关脉冲过早的结束。如果调节失控，为了维持输出可调节，同时使如果调节失控，为了维持输出可调节，同时使TOPSwitch-II的功耗降到最低，关闭的功耗降到最低，关闭/自自动重启动电路维持系统在占空比为动重启动电路维持系统在占空比为5典型值下工作，中断从外部流入控制端的电流典型值下工作，中断从外部流入控制端的电

42、流IC，Uc进入滞后的自动重启动状态。当故障消失后，进入滞后的自动重启动状态。当故障消失后，Uc又回到并联调节模式，电源恢复正又回到并联调节模式，电源恢复正常工作。当常工作。当CT为为47uF时，自动重启动的频率为时，自动重启动的频率为1.2Hz。 在启动或者滞后调节模式下关断在启动或者滞后调节模式下关断/自动重启动电路接通高压电流源，对控制脚外自动重启动电路接通高压电流源，对控制脚外部电容部电容CT进行充电，并为内部电路提供偏置电压。该电流源是按近似进行充电，并为内部电路提供偏置电压。该电流源是按近似35的有效占的有效占空比被开通和切断。这一占空比是由控制脚充电电流空比被开通和切断。这一占空

43、比是由控制脚充电电流IC与放电电流与放电电流(ICD1 +ICD2)之之比值来确定的。当比值来确定的。当Uc达到关断达到关断/自动重启动电路的上限电压自动重启动电路的上限电压5.7V时，高压电流源被时，高压电流源被切断，脉宽调制器和功率切断，脉宽调制器和功率MOSFET开始工作。开始工作。 反激式开关稳压电源电路图 TinySwitch-保持了以前的保持了以前的TinySwitch拓朴的简易性，提供了几个新的增强拓朴的简易性，提供了几个新的增强特性，进一步减少了元件数量，降低了系统成本，消除了可听见的音频噪声。与前特性，进一步减少了元件数量，降低了系统成本，消除了可听见的音频噪声。与前身相同，

44、身相同，型器件也把一只型器件也把一只700V的功率的功率MOSFET、振荡器、高压开关电源、电流限、振荡器、高压开关电源、电流限制和过热关闭电路集成在单个芯片上。起动和工作供电直接由漏极脚电压驱动，不制和过热关闭电路集成在单个芯片上。起动和工作供电直接由漏极脚电压驱动，不需要偏置绕组及相关电路元件。另外，需要偏置绕组及相关电路元件。另外，TinySwitch-还合并了自动再启动、主线还合并了自动再启动、主线欠压传感和频率抖动功能。欠压传感和频率抖动功能。 TinySwitch-系列单片开关电源采用系列单片开关电源采用8脚双列直插式脚双列直插式DIP-8封装或表面贴片式封装或表面贴片式SMD-8

45、封装，引脚排列如图封装，引脚排列如图7-27所示。所示。TinySwitch的引脚排列 与常规的与常规的PWM脉宽调制控制器不同，脉宽调制控制器不同，TinySwitch-系列采用简单的开系列采用简单的开/关控制关控制方式调节输出电压。方式调节输出电压。TinySwitch-系列内部集成了一个耐压为系列内部集成了一个耐压为700V的功率的功率MOSFET、振荡器、电流限态器、振荡器、电流限态器、5.8V稳压器、稳压器、BP端欠压保护、过热保护、限流、端欠压保护、过热保护、限流、前沿闭锁电路等，内部结构如图所示。前沿闭锁电路等，内部结构如图所示。 功能框图 频率抖动特性图 在音频范围内开关时，负

46、载较轻时，在音频范围内开关时，负载较轻时，TinySwitch-电流限态机按着离散的数字量电流限态机按着离散的数字量来减小电流限制门限值来减小电流限制门限值ILIMIT。较低的电流限制门限值可以有效地提高在音频以上。较低的电流限制门限值可以有效地提高在音频以上范围的开关频率，降低变压器的磁通密度和有关的音频噪声。电流限态机根据范围的开关频率，降低变压器的磁通密度和有关的音频噪声。电流限态机根据EN/UV引脚的电压电平判断负载情况，从而按离散的数字量来调整电流限制门限值。引脚的电压电平判断负载情况，从而按离散的数字量来调整电流限制门限值。在大多数情况下，源极跟随器较低的阻抗避免在大多数情况下，源

47、极跟随器较低的阻抗避免EN/UV引脚电压比引脚电压比1.0V低太多，从而低太多，从而提高了与该脚相连的光耦的响应时间。提高了与该脚相连的光耦的响应时间。 当当MOSFET关断时，关断时，5.8V稳压器通过漏极电流对接在稳压器通过漏极电流对接在BYPASS引脚的旁路电容引脚的旁路电容CBP充电至充电至5.8V。当。当MOSFET导通时，导通时，TinySwitch-消耗存储在旁路电容中的能消耗存储在旁路电容中的能量来工作。因内部电路的功耗极低，因此利用漏极电流可连续地工作，需要外接量来工作。因内部电路的功耗极低，因此利用漏极电流可连续地工作，需要外接0.1F的旁路电容作高频去耦和存储能量。的旁路

48、电容作高频去耦和存储能量。 当旁路引脚当旁路引脚BYPSS电压电压UBP下降到低于下降到低于4.8V时，旁路引脚的低压电路关断功时，旁路引脚的低压电路关断功MOSFET。一旦路引脚。一旦路引脚BYPSS电压电压UBP下降到低于下降到低于4.8V以下，必须在电压回升到以下，必须在电压回升到5.8V时，才能使功率时，才能使功率MOSFET导通。过热保护温度门限值为导通。过热保护温度门限值为135，有，有70的滞环。的滞环。当温度关断电路检测结温升高到当温度关断电路检测结温升高到135时，过热保护电路输出低电平，功率时，过热保护电路输出低电平，功率MOSFET保持截止，直到管芯温度下降保持截止，直到

49、管芯温度下降70时才能再次重新导通。时才能再次重新导通。 极限电流电路检测功率极限电流电路检测功率MOSFET的电流，当功率的电流，当功率MOSFET的漏极电流电流超的漏极电流电流超过极限电流过极限电流ILIMIT时，功率时，功率MOSFET就在此周期的其余时间里关断。当负载较轻或就在此周期的其余时间里关断。当负载较轻或者一般负载的情况下，电流限态机减小电流限制门限值者一般负载的情况下，电流限态机减小电流限制门限值ILIMIT。 在功率在功率MOSFET导通之后的一段短时间导通之后的一段短时间tLEB里，前沿消隐电路阻止极限电流里，前沿消隐电路阻止极限电流比较器工作。设置该前沿消隐时间，是为了

50、防止由电容与二次绕组侧整流器反向恢比较器工作。设置该前沿消隐时间，是为了防止由电容与二次绕组侧整流器反向恢复时间引起的电流尖峰误触发，而导致开关脉冲错误中断。复时间引起的电流尖峰误触发，而导致开关脉冲错误中断。输出端短路时自动重启波形 在直流线电压和在直流线电压和EN/UV引脚之间外接电阻，可用于监测直流输入电压。在上电引脚之间外接电阻，可用于监测直流输入电压。在上电或者重启动功率或者重启动功率MOSFET截止时，流入截止时，流入EN/UV引脚的电流必须超过引脚的电流必须超过49A，才能启，才能启动功率动功率MOSFET开关工作，这就实现了当直流线电压欠压时，开关工作，这就实现了当直流线电压欠

51、压时，BP引脚维持在引脚维持在4.8V。当欠电压消除后，当欠电压消除后，BP引脚从引脚从4.8V回升到回升到5.8V。在自动重启状态下，直流线电压欠压，。在自动重启状态下，直流线电压欠压，功率功率MOSFET截止，自动重启计数器停止工作，这就延长了截止时间，超过通常故截止，自动重启计数器停止工作，这就延长了截止时间，超过通常故障情况下的障情况下的850ms，直到主线欠压故障消除为止。，直到主线欠压故障消除为止。 如果外接电阻连接到如果外接电阻连接到EN/UV引脚，欠电压功能失效。引脚，欠电压功能失效。 TinySwitch-通常是工作在极限电流的模式下。使能时，在每个周期的开始通常是工作在极限电流的模式下。使能时，在每个周期的开始MOSFET导通，当电流上升到极限值或者达到极限导通，当电流上升到极限值或者达到极限DCmax时，时，MOSFET关断。关断。 TinySwitch 的内部时钟始终工作。在每个时钟周期开始，采样的内部时钟始终工作。在每个时钟周期开始，采样EN/UV引脚来判引脚来判断是否完成一个开关周期，并根据多个周期的采样时序来确定恰当的电流极限值。断是