TOPSwitchⅡ的開關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、基于TOPPSwiitchh 的開關(guān)關(guān)電源設(shè)設(shè)計(jì) 1 引言 功率開關(guān)管管、PWWM控制制器和高高頻變壓壓器是開開關(guān)電源源必不可可少的組組成部分分。傳統(tǒng)統(tǒng)的開關(guān)關(guān)電源一一般均采采用分立立的高頻頻功率開開關(guān)管和和多引腳腳的PWWM集成成控制器器，例如如采用UUC38842MOSSFETT是國內(nèi)內(nèi)小功率率開關(guān)電電源中較較為普及及的設(shè)計(jì)計(jì)方法。 90年代以以來，出出現(xiàn)了PPWM/MOSSFETT二合一一集成芯芯片，他他大大降降低了開開關(guān)電源源設(shè)計(jì)的的復(fù)雜性性，減少少了開關(guān)關(guān)電源設(shè)設(shè)計(jì)所需需的時間間，從而而加快了了產(chǎn)品進(jìn)進(jìn)入市場場的速度度。 二合一集成成控制芯芯片多采采用3腳腳，4腳腳，5腳腳，7腳腳和

2、8腳腳封裝，其其中美國國功率集集成公司司于977年推出出的三端端脫線式式TOPPSwiitchh 系列二二合一集集成控制制器件，是是該類器器件的代代表性產(chǎn)產(chǎn)品。2 TOPPSwiitchh 器件簡簡介 TOPSwwitcch系列列器件是是三端脫脫線式PPWM開開關(guān)（TThreeettermminaal OOfflinne PPWM Swttichh）的英英文縮寫寫。TOOPSwwitcch系列列器件僅僅用了33個管腳腳就將脫脫線式開開關(guān)電源源所必需需的具有有通態(tài)可可控柵極極驅(qū)動電電路的高高壓N溝溝道功率率的MOOS場效效應(yīng)管，電電壓型PPWM控控制器，1100kkHz高高頻振蕩蕩器，高高壓啟動

3、動偏置電電路，帶帶隙基準(zhǔn)準(zhǔn)，用于于環(huán)路補(bǔ)補(bǔ)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(hù)護(hù)等功能能全部組組合在一一起了。 TOPSwwitcch 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(jìn)進(jìn)，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，故故設(shè)計(jì)更更為方便便，性能能有所增增強(qiáng)。其其型號包包括TOOP2221TTOP2227，內(nèi)內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)如圖11所示1。 TOPSwwitcch 是一個個自偏置置、自保保護(hù)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)轉(zhuǎn)換效率率與采用用雙集成成電路和和分立元元件

4、相比比，偏置置電流大大大減少少，并省省去了用用于電流流傳導(dǎo)和和提供啟啟動偏置置電流的的外接電電阻。 漏極 連接接內(nèi)部MMOSFFET的的漏極，在在啟動時時，通過過內(nèi)部高高壓開關(guān)關(guān)電流源源提供內(nèi)內(nèi)部偏置置電流。源極 連接接內(nèi)部MMOSFFET的的源極，是是初級電電路的公公共點(diǎn)和和基準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)。 控制極 誤誤差放大大電路和和反饋電電流的輸輸入端。在在正常工工作時，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(bǔ)償功功能的電電容連接接點(diǎn)。 控制電壓 控制極極的電壓壓Vc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

5、間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(bǔ)補(bǔ)償。在在正常工工作（輸輸出電壓壓穩(wěn)定）時時，反饋饋控制電電流給VVc供電，并并聯(lián)穩(wěn)壓壓器使VVc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。控制制極電容容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。此此時高壓壓電流源源接通，并并再次給給電容CCT充電。通通過高壓壓電流源源的接通通和斷開開，使VVc保持在在4.775.7V之之間。 帶隙基準(zhǔn) TOPPSwiitchh 內(nèi)部電電壓取自自具

6、有溫溫度補(bǔ)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(bǔ)補(bǔ)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)內(nèi)部振蕩蕩器通過過內(nèi)部電電容線性性地充電電放電，產(chǎn)產(chǎn)生脈寬寬調(diào)制器器所需的的的鋸齒齒波電壓壓。為了了降低EEMI并并提高電電源的效效率，振振蕩器額額定頻率率為1000kHHz。 脈寬調(diào)制器器 流入入控制極極的電流流在REE兩端產(chǎn)產(chǎn)生的壓壓降，經(jīng)經(jīng)RC電電路濾波波后，加加到PWWM比較較器的同同相輸入入端，與與振蕩器器輸出的的鋸齒波波電壓比比較，產(chǎn)產(chǎn)生脈寬寬調(diào)制信信號，該該信號驅(qū)驅(qū)動輸出出MOSSFETT實(shí)現(xiàn)電電壓型控控制。

7、正正常工作作時，內(nèi)內(nèi)部MOOSFEET輸出出脈沖的的占空比比隨著控控制極電電流的增增加而線線性減少少，如圖圖2所示示1。 柵極驅(qū)動器器 柵極極驅(qū)動器器以一定定速率使使輸出MMOSFFET導(dǎo)導(dǎo)通。為為了提高高精確度度，柵極極驅(qū)動電電流還可可以進(jìn)行行微調(diào)逐逐周限流流。逐周周限流電電路用輸輸出MOOSFEET的導(dǎo)導(dǎo)通電阻阻作為取取樣電阻阻，限流流比較器器將MOOSFEET導(dǎo)通通時的漏漏源電壓壓與閾值值電壓VVILIIMITT進(jìn)行比比較。漏漏極電流流過大時時，漏源源電壓超超過閾值值電壓，輸輸出MOOSFEET關(guān)斷斷，直到到下一個個周期，輸輸出MOOSFEET才能能導(dǎo)通。 誤差放大器器 誤差差放大器器的

8、電壓壓基準(zhǔn)取取自溫度度補(bǔ)償帶帶隙基準(zhǔn)準(zhǔn)電壓；誤差放放大器的的增益則則由控制制極的動動態(tài)阻抗抗設(shè)定。 系統(tǒng)關(guān)閉/自動重重動 為為了減少少功耗，當(dāng)當(dāng)超過調(diào)調(diào)整狀態(tài)態(tài)時，該該電路將將以5的占空空比接通通和關(guān)斷斷電源。 過熱保護(hù) 當(dāng)結(jié)溫溫超過熱熱關(guān)斷溫溫度（1135）時，模模擬電路路將關(guān)斷斷輸出MMOSFFET。 高壓偏流源源 在啟啟動期間間，該電電流源從從漏極偏偏置TOOPSwwitcch ，并對對控制極極外界電電容CTT充電。 在TOPSSwittch 系列中中，TOOP2225TTOP2227采采用TOO2220封裝裝形式，而而TOPP2211TOOP2224則有有TO2200和DIIP88，S

9、MMD88三種封封裝形式式，如圖圖3所示示1。考慮慮到DIIP88和SMMD88的散熱熱情況，采采用這22種封裝裝形式的的器件輸輸出功能能要適當(dāng)當(dāng)降低。 3 TOPPSwiitchh 應(yīng)用于于反激式式功率變變換電路路 在開關(guān)電源源電路中中，基本本類型有有5種：單端反反激式、單單端正激激式、推推挽式、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，多多采用單單端反激激式變換換器，反反激式功功率變換換電路中中的變壓壓器，除除了起隔隔離作用用之外，還還具有儲儲能的功功能。反反激式功功率變換換電路結(jié)結(jié)果比較較簡單，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。TTOPSS

10、wittch 系列應(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，（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（aa）的基基礎(chǔ)上增增加了穩(wěn)穩(wěn)壓管，是是（a）的的增強(qiáng)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（cc）基礎(chǔ)礎(chǔ)上增加加了精密密基準(zhǔn)TTL4331，使使得輸出出穩(wěn)壓精精度和負(fù)負(fù)載調(diào)整整率都能能獲得較較高的精精度。44種變換換電路的的效果如如表1所所示。 4 應(yīng)用實(shí)實(shí)例 圖5為輸入入電壓為為852655V，輸輸出為115

11、V的的反激式式開關(guān)電電源實(shí)際際電路。其其采用圖圖4中（dd）的反反饋電路路形式。 交流電壓經(jīng)經(jīng)整流橋橋V2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，變變壓器另另一端與與TOPP2244的漏極極相連。RR9，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。 偏置線圈經(jīng)經(jīng)V7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?yàn)V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(bǔ)補(bǔ)償控制制回路。 TLP4331并聯(lián)聯(lián)穩(wěn)壓器器

12、內(nèi)部包包含2.5V帶帶隙基準(zhǔn)準(zhǔn)電壓、運(yùn)運(yùn)算放大大器和驅(qū)驅(qū)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(shí)現(xiàn)現(xiàn)微調(diào)。當(dāng)當(dāng)輸出電電壓受某某種原因因發(fā)生波波動時，通通過TLL4311等器件件組成的的反饋電電路，改改變流過過光耦PPC8117的發(fā)發(fā)光二極極管的電電流，從從而改變變流入TTOP2224控控制極的的電流，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 采用TOPPSwiitchh 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(diǎn)： （1）成本本低廉 TOPSwwitcch 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，故故與傳統(tǒng)統(tǒng)的功率率開關(guān)電電路相比比，偏置置電流顯顯著降低低；開關(guān)關(guān)電源所所需的功功能集成成于芯片片中后，外外部的電電流傳感感電阻和和初始啟啟動偏壓壓電流的的電路均均可除去去，可大大量減少少元器件件，使產(chǎn)產(chǎn)品的成成本和體體積均大大大減少少； （2）電源源設(shè)