TOPSwitchⅡ的开关电源设计

1、基于TOPPSwiitchh 的开关关电源设设计 1 引言 功率开关管管、PWWM控制制器和高高频变压压器是开开关电源源必不可可少的组组成部分分。传统统的开关关电源一一般均采采用分立立的高频频功率开开关管和和多引脚脚的PWWM集成成控制器器，例如如采用UUC38842MOSSFETT是国内内小功率率开关电电源中较较为普及及的设计计方法。 90年代以以来，出出现了PPWM/MOSSFETT二合一一集成芯芯片，他他大大降降低了开开关电源源设计的的复杂性性，减少少了开关关电源设设计所需需的时间间，从而而加快了了产品进进入市场场的速度度。 二合一集成成控制芯芯片多采采用3脚脚，4脚脚，5脚脚，7脚脚和

2、8脚脚封装，其其中美国国功率集集成公司司于977年推出出的三端端脱线式式TOPPSwiitchh 系列二二合一集集成控制制器件，是是该类器器件的代代表性产产品。2 TOPPSwiitchh 器件简简介 TOPSwwitcch系列列器件是是三端脱脱线式PPWM开开关（TThreeettermminaal OOfflinne PPWM Swttichh）的英英文缩写写。TOOPSwwitcch系列列器件仅仅用了33个管脚脚就将脱脱线式开开关电源源所必需需的具有有通态可可控栅极极驱动电电路的高高压N沟沟道功率率的MOOS场效效应管，电电压型PPWM控控制器，1100kkHz高高频振荡荡器，高高压启动

3、动偏置电电路，带带隙基准准，用于于环路补补偿的并并联偏置置调整器器以及误误差放大大器和故故障保护护等功能能全部组组合在一一起了。 TOPSwwitcch 系列器器件是TTOPSSwittch的的升级产产品，同同后者相相比，内内部电路路做了许许多改进进，器件件对于电电路板布布局以及及输入总总线瞬变变的敏感感性大大大减少，故故设计更更为方便便，性能能有所增增强。其其型号包包括TOOP2221TTOP2227，内内部结构构如图11所示1。 TOPSwwitcch 是一个个自偏置置、自保保护的电电流占占空比线线性控制制转换器器。由于于采用CCMOSS工艺，转转换效率率与采用用双集成成电路和和分立元元件

4、相比比，偏置置电流大大大减少少，并省省去了用用于电流流传导和和提供启启动偏置置电流的的外接电电阻。 漏极 连接接内部MMOSFFET的的漏极，在在启动时时，通过过内部高高压开关关电流源源提供内内部偏置置电流。源极 连接接内部MMOSFFET的的源极，是是初级电电路的公公共点和和基准点点。 控制极 误误差放大大电路和和反馈电电流的输输入端。在在正常工工作时，由由内部并并联调整整器提供供内部偏偏流。系系统关闭闭时，可可激发输输入电流流，同时时也是提提供旁路路、自动动重启和和补偿功功能的电电容连接接点。 控制电压 控制极极的电压压Vc给控制制器和驱驱动器供供电或提提供偏压压。接在在控制极极和源极极之

5、间的的外部旁旁路电容容CT，为栅栅极提供供驱动电电流，并并设置自自动恢复复时间及及控制环环路的补补偿。在在正常工工作（输输出电压压稳定）时时，反馈馈控制电电流给VVc供电，并并联稳压压器使VVc保持在在4.77V。在在启动时时，控制制极的电电流由内内部接在在漏极和和控制极极之间的的高压开开关电流流源提供供。控制制极电容容CT放电至至阈值电电压以下下时，输输出MOOSFEET截止止，控制制电路处处于备用用方式。此此时高压压电流源源接通，并并再次给给电容CCT充电。通通过高压压电流源源的接通通和断开开，使VVc保持在在4.775.7V之之间。 带隙基准 TOPPSwiitchh 内部电电压取自自具

6、有温温度补偿偿的带隙隙基准电电压。此此基准电电压也能能产生可可微调的的温度补补偿电流流源，用用来精确确地调节节振荡器器的频率率和MOOSFEET栅极极驱动电电流。 振荡器 内内部振荡荡器通过过内部电电容线性性地充电电放电，产产生脉宽宽调制器器所需的的的锯齿齿波电压压。为了了降低EEMI并并提高电电源的效效率，振振荡器额额定频率率为1000kHHz。 脉宽调制器器 流入入控制极极的电流流在REE两端产产生的压压降，经经RC电电路滤波波后，加加到PWWM比较较器的同同相输入入端，与与振荡器器输出的的锯齿波波电压比比较，产产生脉宽宽调制信信号，该该信号驱驱动输出出MOSSFETT实现电电压型控控制。

7、正正常工作作时，内内部MOOSFEET输出出脉冲的的占空比比随着控控制极电电流的增增加而线线性减少少，如图图2所示示1。 栅极驱动器器 栅极极驱动器器以一定定速率使使输出MMOSFFET导导通。为为了提高高精确度度，栅极极驱动电电流还可可以进行行微调逐逐周限流流。逐周周限流电电路用输输出MOOSFEET的导导通电阻阻作为取取样电阻阻，限流流比较器器将MOOSFEET导通通时的漏漏源电压压与阈值值电压VVILIIMITT进行比比较。漏漏极电流流过大时时，漏源源电压超超过阈值值电压，输输出MOOSFEET关断断，直到到下一个个周期，输输出MOOSFEET才能能导通。 误差放大器器 误差差放大器器的

8、电压压基准取取自温度度补偿带带隙基准准电压；误差放放大器的的增益则则由控制制极的动动态阻抗抗设定。 系统关闭/自动重重动 为为了减少少功耗，当当超过调调整状态态时，该该电路将将以5的占空空比接通通和关断断电源。 过热保护 当结温温超过热热关断温温度（1135）时，模模拟电路路将关断断输出MMOSFFET。 高压偏流源源 在启启动期间间，该电电流源从从漏极偏偏置TOOPSwwitcch ，并对对控制极极外界电电容CTT充电。 在TOPSSwittch 系列中中，TOOP2225TTOP2227采采用TOO2220封装装形式，而而TOPP2211TOOP2224则有有TO2200和DIIP88，S

9、MMD88三种封封装形式式，如图图3所示示1。考虑虑到DIIP88和SMMD88的散热热情况，采采用这22种封装装形式的的器件输输出功能能要适当当降低。 3 TOPPSwiitchh 应用于于反激式式功率变变换电路路 在开关电源源电路中中，基本本类型有有5种：单端反反激式、单单端正激激式、推推挽式、半半桥式和和全桥式式。对于于1000W以下下的开关关电源，多多采用单单端反激激式变换换器，反反激式功功率变换换电路中中的变压压器，除除了起隔隔离作用用之外，还还具有储储能的功功能。反反激式功功率变换换电路结结果比较较简单，输输出电压压不受输输入电压压的限制制，亦可可提供多多路电压压输出。TTOPSS

10、wittch 系列应应用于单单端反激激式变换换器，典典型用法法如图44所示2。 在图4中，（aa）将偏偏置线圈圈通过限限流电阻阻直接作作为TOOPSwwitcch 控制极极的输入入；（bb）在（aa）的基基础上增增加了稳稳压管，是是（a）的的增强型型；（cc）中输输出电压压通过光光耦作用用于TOOPSwwitcch 控制极极，在输输出电压压反馈精精度上有有所提高高；（dd）在（cc）基础础上增加加了精密密基准TTL4331，使使得输出出稳压精精度和负负载调整整率都能能获得较较高的精精度。44种变换换电路的的效果如如表1所所示。 4 应用实实例 图5为输入入电压为为852655V，输输出为115

11、V的的反激式式开关电电源实际际电路。其其采用图图4中（dd）的反反馈电路路形式。 交流电压经经整流桥桥V2整流和和C2滤波后后，产生生的高压压直流电电压加至至变压器器一端，变变压器另另一端与与TOPP2244的漏极极相连。RR9，C8和V3为缓冲冲吸收电电路，用用以吸收收TOPP2244在关断断过程中中由于变变压器漏漏感引起起的电压压尖峰过过冲。 偏置线圈经经V7和C2整流滤滤波后产产生TOOP2224所需需的偏置置电压；C6能够滤滤除TOOP2224内部部MOSSFETT栅极充充电电流流的峰值值，确定定重新启启动的频频率，并并与R11，R2一起补补偿控制制回路。 TLP4331并联联稳压器器

12、内部包包含2.5V带带隙基准准电压、运运算放大大器和驱驱动器，作作次级基基准误差差放大器器用。调调节RPP1可对对输出电电压实现现微调。当当输出电电压受某某种原因因发生波波动时，通通过TLL4311等器件件组成的的反馈电电路，改改变流过过光耦PPC8117的发发光二极极管的电电流，从从而改变变流入TTOP2224控控制极的的电流，调调整TOOP2224内部部MOSSFETT的输出出占空比比，使输输出电压压重新稳稳压。 5 结语 采用TOPPSwiitchh 器件的的开关电电源与采采用分立立的MOOSFEET功率率开关及及PWMM集成控控制器的的开关电电源相比比，具有有以下特特点： （1）成本本低廉 TOPSwwitcch 采用CCMOSS工艺制制作，并并在芯片片中集成成了尽可可能多的的功能，故故与传统统的功率率开关电电路相比比，偏置置电流显显著降低低；开关关电源所所需的功功能集成成于芯片片中后，外外部的电电流传感感电阻和和初始启启动偏压压电流的的电路均均可除去去，可大大量减少少元器件件，使产产品的成成本和体体积均大大大减少少； （2）电源源设