基于TOPSwitch的开关电源设计

1、基于TOPSwitchH的开关电源设计1 引言 功率开关管、 PWM 操纵器和高频变压器是开关电源必不可少的组成部分。 传统的开关电源一般均采纳分立的高频功率 开关管和多引脚的 PWM 集成操纵器，例如采纳 UC3842 MOSFET是国内小功率开关电源中较为普及的设计方法。90 年代以来，出现了 PWM/MOSFET 二合一集成芯片，他 大大降低了开关电源设计的复杂性， 减少了开关电源设计所 需的时刻，从而加快了产品进入市场的速度。二合一集成操纵芯片多采纳 3 脚，4 脚，5 脚，7 脚和 8 脚 封装，其中美国功率集成公司于 97 年推出的三端脱线式TOPSwitch 口系列二合一集成操纵

2、器件，是该类器件的代 表性产品。2 TOPSwitch 器件简介TOPSwitch 系列器件是三端脱线式 PWM 开关( Three terminalOff line PWM Swtich )的英文缩写。 TOPSwitch 系列器件仅用了 3 个管脚就将脱线式开关电源所必需的具 有通态可控栅极驱动电路的高压 N 沟道功率的 MOS 场效应 管，电压型 PWM 操纵器，100kHz 高频振荡器，高压启动 偏置电路，带隙基准，用于环路补偿的并联偏置调整器以及 误差放大器和故障爱护等功能全部组合在一起了。TOPSwitchH系列器件是 TOPSwitch 的升级产品，同后者 相比，内部电路做了许多

3、改进，器件关于电路板布局以及输 入总线瞬变的敏感性大大减少，故设计更为方便，性能有所 增强。其型号包括TOP221 -TOP227，内部结构如图 1 所 示。TOPSwitch 是一个自偏置、自爱护的电流占空比线性 操纵转换器。由于采纳 CMOS 工艺，转换效率与采纳双集 成电路和分立元件相比，偏置电流大大减少，并省去了用于 电流传导和提供启动偏置电流的外接电阻。漏极 连接内部 MOSFET 的漏极，在启动时，通过内部高压 开关电流源提供内部偏置电流。源极连接内部 MOSFET 的源极，是初级电路的公共点和基 准点。操纵极 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

4、偏流。系统关闭时，可激发输入 电流，同时也是提供旁路、自动重启和补偿功能的电容连接 点。操纵电压 操纵极的电压 Vc给操纵器和驱动器供电或提供偏 压。接在操纵极和源极之间的外部旁路电容CT，为栅极提供驱动电流，并设置自动恢复时刻及操纵环路的补偿。在正 常工作（输出电压稳定）时，反馈操纵电流给Vc供电，并联稳压器使 Vc保持在 4.7V。在启动时，操纵极的电流由内 部接在漏极和操纵极之间的高压开关电流源提供。操纵极电容CT放电至阈值电压以下时， 输出 MOSFET 截止，操纵电 路处于备用方式。现在高压电流源接通，并再次给电容CT充电。通过高压电流源的接通和断开， 使 Vc保持在 4.7 - 5

5、.7V 之间。带隙基准 TOPSwitch 口内部电压取自具有温度补偿的带 隙基准电压。此基准电压也能产生可微调的温度补偿电流 源，用来精确地调节振荡器的频率和MOSFET 栅极驱动电流。振荡器 内部振荡器通过内部电容线性地充电放电，产生脉 宽调制器所需的的锯齿波电压。为了降低 EMI 并提高电源的效率，振荡器额定频率为 100kHz。脉宽调制器 流入操纵极的电流在 RE 两端产生的压降，经 RC 电路滤波后，加到 PWM 比较器的同相输入端，与振荡 器输出的锯齿波电压比较，产生脉宽调制信号，该信号驱动 输出 MOSFET 实现电压型操纵。正常工作时，内部 MOSFET 输出脉冲的占空比随着操

6、纵极电流的增加而线性减少，女口图2 所示1。图2 MOSFET臓出际冲的占空比与裡制极电瀛的筈系栅极驱动器 栅极驱动器以一定速率使输出 MOSFET 导通。为了提高精确度，栅极驱动电流还能够进行微调逐周限流。逐周限流电路用输出 MOSFET 的导通电阻作为取样电阻， 限流比较器将MOSFET 导通时的漏源电压与阈值电压VILIMIT进行比较。漏极电流过大时，漏源电压超过阈值电压， 输出 MOSFET 关断，直到下一个周期，输出MOSFET 才能导通。误差放大器 误差放大器的电压基准取自温度补偿带隙基准 电压；误差放大器的增益则由操纵极的动态阻抗设定。系统关闭/自动重动 为了减少功耗，当超过调整状态时，该 电路将以 5%的占空比接通和关断电源。过热爱护 当结温超过热关断温度 （135C）时，模拟电路将 关断输出 MOSFET。高压偏流源 在启动期间，该电流源从漏极偏置TOPSwitchH,并对操纵极外界电容CT充电。在 TOPSwitch 系列中，TOP225 - TOP227 采纳 TO - 220 封装形式，而 TOP221 - TOP224 则有 TO - 220 和 DIP -8, SMD- 8