電源轉換電子電路設計圖指南 —電路圖天天讀（187）

　　現代電子技術(shù)的應用迅速地發(fā)展，對電子儀器和設備要求性能上更加安全可靠，功能上不斷地增加。在使用上自動(dòng)化程度越來(lái)越高。在體積上，要日趨小型化。這使采用具有眾多優(yōu)點(diǎn)的開(kāi)關(guān)穩壓電源就顯得更加重要了。所以，開(kāi)關(guān)穩壓電源在計算機、通信、航天、彩色電視等方面都得到了越來(lái)越廣泛的應用，發(fā)揮了巨大的作用。

　　TOP414G內部結構及工作原理

　　TOP414G的內部功能框圖如下圖1所示。內部集成有高壓MOS開(kāi)關(guān)管（圖1右邊那個(gè)MOS管），其工作原理就是通過(guò)Control引腳采樣到的反饋信號（IFB）經(jīng)過(guò)內部控制電路調節大功率MOS管的導通和截止時(shí)間（占空比），從而控制其漏極的輸出，達到穩定電路輸出電壓的目的。下面是其引腳定義：

　　C pin：誤差放大和反饋電流輸入引腳，用來(lái)調節芯片內部MOS開(kāi)關(guān)管的占空比 S pin：內部MOS開(kāi)關(guān)管的源極，也就是DC/DC前級電路的參考地。D pin：內部MOS開(kāi)關(guān)管的漏極，在電路啟動(dòng)時(shí)通過(guò)該引腳為芯片提供內部偏置電流，電路穩定后偏置電流由Control引腳的Vc提供，同時(shí)作為內部電流取樣引腳用，起初級限流作用。

　　-48V轉5VSTB電路工作原理

　　下圖2是-48V轉5VSTB的電路原理圖，工作原理如下：-48V上電瞬間，48V高壓（BGND相對-48V而言）通過(guò)D引腳為T(mén)OP414G芯片提供工作必須的內部偏置電流，使芯片內部的控制電路開(kāi)始工作，驅動(dòng)內部高壓MOS管開(kāi)始其第一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，變壓器次級開(kāi)始有電壓輸出，此時(shí)由48V高壓提供的偏置電流源斷開(kāi)。在TOP414G內部高壓 MOS管導通期間，維持芯片持續工作所需的偏置電流由C20（代指C腳所有外接電容）的儲能提供;在MOS開(kāi)關(guān)管截止期間，該偏流則由反激變壓器T1的偏置繞組產(chǎn)生的偏壓經(jīng)D3整流后提供，同時(shí)對電容C20充電，為下一個(gè)周期做準備，保證電路持續輸出。

　　圖3是取樣反饋電路，由光耦U2、三端并聯(lián)穩壓器TL431(＄0.0625)及取樣電阻網(wǎng)絡(luò )組成，電路最終的輸出電壓，當輸出電壓Vo增加時(shí)，Vref增加，導致通過(guò)TL431的陰極、陽(yáng)極之間的電流增大，即通過(guò)光電耦合器U2初級的電流增大，使反饋到 TOP414G的C腳的電流增加，芯片內部控制電路便降低其內部MOS管的占空比，從而使輸出電壓Vo降低，起到穩壓的作用。同理，當輸出電壓Vo降低時(shí)，TOP414G則提高M(jìn)OS管的占空比，起到穩定輸出電壓的作用。

　　圖2中C1、C2、C3電容網(wǎng)絡(luò )起電源前端濾波作用，保證輸入電源（-48V）的純凈。R1、D1和C4組成前級鉗位電路，抑制電路中因高 dv/dt、di/dt產(chǎn)生的尖峰，降低單板的EMC影響。因為感性（容性）器件自身的電流（電壓）不能突變，當U1內部的MOS管由導通變?yōu)榻刂沟乃查g，如果沒(méi)有R1、D1和C4組成的鉗位電路，變壓器T1初級的大電流沒(méi)有瀉放回路，將產(chǎn)生很高的電壓尖峰，可能為正常工作時(shí)的幾倍，嚴重的話(huà)會(huì )擊穿U1 內部的MOS管從而損壞U1，有了鉗位電路后，MOS管斷開(kāi)的瞬間，T1初級的高壓將通過(guò)D1對C4充電構成瀉放回路，在MOS管下次導通之前，C4上的電荷則可通過(guò)R1瀉放掉，因此可以達到抑制尖峰，降低單板的EMC影響的作用。圖3中電感L1和電容C7/C8/C9/C11/C12/C13構成pi型輸出濾波器，濾除輸出電壓的高頻噪聲，降低紋波，同時(shí)在U1關(guān)斷的時(shí)候起續流作用，為負載提供輸出電壓。其中C13一般選用容量小的陶瓷電容，濾除剩下的高頻噪聲。R7、R8、R9是取樣電阻，和U2、U3一起構成取樣反饋網(wǎng)絡(luò )。 5VSTB使能控制電路工作原理

　　下圖為-48V轉5VSTB使能控制部分電路，工作原理為：當JOIN_EN與BGND連接時(shí)，R10和R11分壓使三極管Q1的Vbe大于其閥值電壓，此時(shí)Q1導通，將圖6中B點(diǎn)電位拉低，三極管Q2截至，U1正常工作，-48V轉5VSTB電路正常輸出;當JOIN_EN懸空時(shí)，三極管 Q1截至，R12、R13分壓使B點(diǎn)電位高于三極管Q2的閥值電壓，Q2導通，將U1的控制管腳C強制拉低，U1停止工作，-48V轉5VSTB無(wú)電壓輸出。

　　TOP414集電壓型PWM控制器與N溝道功率MOSFET于一體，集成了120kHz振蕩器、高壓起動(dòng)偏置電路、溫度補償、并聯(lián)調整器/誤差放大器和故障保護等電路。 TOP414的內部起動(dòng)和電流限制電路減少了直流損耗，CMOS控制器/柵極驅動(dòng)器僅消耗7mW的功率，70%的最大占空比使導通損耗最小化，低容量 MOSFET有效地降低了開(kāi)關(guān)損耗，從而使其在回掃拓撲應用中的效率在80%以上。它具有管腳數量少，外圍電路簡(jiǎn)單，安裝與調試簡(jiǎn)便，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。設計結構簡(jiǎn)單，性能穩定，實(shí)現了對電信設備供電的功能，對電信設備的整體性能提高大有益處。

　　編輯點(diǎn)評：-48V轉5VSTB方案采用的是中小功率開(kāi)關(guān)電源中最典型的單端反激模式，電路中DC/DC轉換寬范圍輸入的三引腳PWM開(kāi)關(guān)TOP414G，最高工作頻率132KHz，最大占空比70%。經(jīng)長(cháng)時(shí)間多塊單板使用證明，電源設計合理，工作可靠，性?xún)r(jià)比高，具有很強的實(shí)際應用價(jià)值和廣闊的前景。