基于TOPSwitchⅡ的開關電源設計

摘　要: TOPSwitch Ⅱ系列芯片是Power Integration 公司生產(chǎn)的開關電源專用集成電路,他將脈寬調制電路與高壓MOSFET 開關管及驅動電路等集成在一起,具備完善的保護功能。使用該芯片設計的小功率開關電源,可大大減少外圍電路,降低成本,提高可靠性。介紹其內部結構和工作原理,給出幾種應用于反激式功率變換電路的典型用法,并給出一種反激式開關電源的實用電路。

關鍵詞:開關電源; TOPSwitch Ⅱ;反激;高壓MOSFET 開關管

　引　言

功率開關管、PWM 控制器和高頻變壓器是開關電源必不可少的組成部分。傳統(tǒng)的開關電源一般均采用分立的高頻功率開關管和多引腳的PWM 集成控制器,例如采用UC3842 + MOSFET 是國內小功率開關電源中較為普及的設計方法。

90 年代以來,出現(xiàn)了PWM/ MOSFET 二合一集成芯片,他大大降低了開關電源設計的復雜性,減少了開關電源設計所需的時間,從而加快了產(chǎn)品進入市場的速度。二合一集成控制芯片多采用3 腳,4 腳,5 腳,7 腳和8 腳封裝,其中美國功率集成公司于97 年推出的三端脫線式TOPSwitch Ⅱ系列二合一集成控制器件,是該類器件的代表性產(chǎn)品。

TOPSwitch Ⅱ器件簡介

TOPSwitch 系列器件是三端脫線式PWM 開關( Three-terminal Off-line PWM Swtich ) 的英文縮寫。TOPSwitch 系列器件僅用了3 個管腳就將脫線式開關電源所必需的具有通態(tài)可控柵極驅動電路的高壓N 溝道功率的MOS 場效應管,電壓型PWM 控制器,100 kHz 高頻振蕩器,高壓啟動偏置電路,帶隙基準,用于環(huán)路補償?shù)牟⒙?lián)偏置調整器以及誤差放大器和故障保護等功能全部組合在一起了。

TOPSwitch Ⅱ系列器件是TOPSwitch 的升級產(chǎn)品,同后者相比,內部電路做了許多改進,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,故設計更為方便,性能有所增強。其型號包括TOP221～ TOP227 ,內部結構如圖1 所示。

漏極　連接內部MOSFET 的漏極,在啟動時,通過內部高壓開關電流源提供內部偏置電流。

源極　連接內部MOSFET 的源極,是初級電路的公共點和基準點。

控制極　誤差放大電路和反饋電流的輸入端。在正常工作時,由內部并聯(lián)調整器提供內部偏流。系統(tǒng)關閉時,可激發(fā)輸入電流,同時也是提供旁路、自動重啟和補償功能的電容連接點。

控制電壓　控制極的電壓V c 給控制器和驅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 ,為柵極提供驅動電流,并設置自動恢復時間及控制環(huán)路的補償。在正常工作(輸出電壓穩(wěn)定) 時,反饋控制電流給V c供電,并聯(lián)穩(wěn)壓器使V c 保持在4. 7 V。在啟動時,控制極的電流由內部接在漏極和控制極之間的高壓開關電流源提供。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 c 保持在4. 7～5. 7 V 之間。

帶隙基準　TOPSwitch Ⅱ內部電壓取自具有溫度補償?shù)膸痘鶞孰妷骸４嘶鶞孰妷阂材墚a(chǎn)生可微調的溫度補償電流源,用來精確地調節(jié)振蕩器的頻率和MOSFET柵極驅動電流。

振蕩器　內部振蕩器通過內部電容線性地充放電,產(chǎn)生脈寬調制器所需的鋸齒波電壓。為了降低EMI 并提高電源的效率,振蕩器額定頻率為100 kHz 。