單片開(kāi)關(guān)電源及其在高壓電源中的應用

一般情況下，以top開(kāi)關(guān)器件為代表的開(kāi)關(guān)電源芯片，其漏極d和變壓器初級的一端相接。由于漏感引起的反峰電壓反射到變壓器的初級，將直接加在漏極上，而反峰電壓與輸出電壓有關(guān)，即輸出電壓越高，反峰電壓也越高，對于漏極與源級之間耐壓只有幾百伏的topswitch器件來(lái)說(shuō)，過(guò)高的電壓很容易將其擊穿，因此，采用topswitch器件制作的開(kāi)關(guān)電源，大多數采用低壓小功率輸出。本文通過(guò)改進(jìn)電路，實(shí)現了topswitch器件在高壓開(kāi)關(guān)電源中的應用。

topswitch－ⅱ工作原理

topswitch－ⅱ系列可廣泛應用于各種通用及專(zhuān)用開(kāi)關(guān)電源、待機電源、開(kāi)關(guān)電源模塊中。它將pwm控制系統的全部功能集成到三端芯片中，內含脈寬調制器、mosfet、自動(dòng)偏置電路、保護電路、高壓?jiǎn)?dòng)電路和環(huán)路補償電路。通過(guò)高頻變壓器使輸出端與電網(wǎng)完全隔離，真正實(shí)現了無(wú)功頻變壓器topswitch－ⅱ不需要外接大功率的過(guò)流檢測電阻，也不必提供啟動(dòng)時(shí)的偏置電流。它采用漏級開(kāi)路輸出方式，利用電流來(lái)線(xiàn)性調節占空比，是電流控制型開(kāi)關(guān)電源。

脈沖調制式開(kāi)關(guān)電源的基本原理如圖1所示。交流220v輸入電壓經(jīng)過(guò)整流濾波器變?yōu)橹绷麟妷簐1，再由功率開(kāi)關(guān)管vt（或mosfet）斬波、高頻變壓器t降壓，得到高頻矩形波，最后通過(guò)輸出整流濾波器vd、c2，獲得所需的直流輸出電壓v0。脈寬調制器是這類(lèi)開(kāi)關(guān)電源的核心，它能產(chǎn)生頻率固定而脈沖寬度可調的驅動(dòng)信號，控制功率開(kāi)關(guān)管的通斷狀態(tài)，以調節輸出電壓的高低，達到穩壓目的。鋸齒波發(fā)生器提供時(shí)鐘信號，利用誤差放大器和pwm比較器構成閉環(huán)調節系統，假如由于某種原因致使v0下降，脈寬調制器就改變驅動(dòng)信號的脈沖寬度，即改變占空比d，使斬波后的平均電壓升高，導致v0上升，反之亦然。

topswitch－ⅱ的應用

依據topswitch電路的特性，本文實(shí)現了一路高壓與一路低壓的雙路輸出電源。對于高壓輸出，采用了二次升壓和6倍壓整流的方法來(lái)獲得其中的一路直流高壓輸出：2500v/40ma，由于本文只對topswitch的高壓應用進(jìn)行探討，該路輸出電壓精度不作要求；另外一路低壓輸出為6v/1a，精度優(yōu)于1％，由于高壓部分精度要求不高，因此，可以直接輸出，但是低壓部分精度要求較高，因此，在該路電壓輸出端，通過(guò)取樣電阻對輸出電壓進(jìn)行采樣，輸入采用tl431。tl432是一個(gè)有良好熱穩定性的三端可調分流基準源，它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意設置從vref（2.5v）到36v范圍內的任何值。取樣電壓通過(guò)光耦隔離后送入topswitch的控制端。光耦供電電壓可以利用變壓器次級輸出電壓供電。

本方案采用基于topswitch－ⅱ的反激變壓器來(lái)實(shí)現。通過(guò)一個(gè)變壓器的多副邊繞組得到所需要的雙路輸出電壓，另外，兩路輸出電壓處在不同電位上，他們之間的電壓差很大，因此，變壓器的隔離度要求很高，這也是該電源的一個(gè)實(shí)現難點(diǎn)。

topswitch芯片的選擇

本電源的輸入電壓為270vdc，在該系列所要求的電壓范圍內。對芯片的選擇主要是考慮功率的需要，輸出功率po約為110w，考慮一定的裕度，本方案選擇top226y芯片，具體實(shí)現電路如圖2所示。

反饋電路設計

反饋電路的形式由輸出電壓精度決定，本方案中的“光耦＋tl431”可以把輸出電壓精度控制在±1％。電壓反饋信號經(jīng)分壓網(wǎng)絡(luò )引入tl431的ref端，轉化為電流反饋信號，經(jīng)過(guò)光耦隔離后輸入topswitch的控制端。

光耦工作在線(xiàn)性狀態(tài)，起隔離作用，如果所選的光耦的電流放大率上限超過(guò)200％，容易造成topswitch過(guò)壓保護。相反，若其下限小于40％，占空比d將不能隨反饋電流的增加而減小，從而導致過(guò)流。因此，應選擇電流放大率范圍接近100％的光耦。

topswitch使用注意事項

應用中，top開(kāi)關(guān)的源腳引線(xiàn)盡可能短，旁路電容要盡可能靠近源腳和控制腳，源腳應單點(diǎn)接地。

開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，為了減小漏極峰值電壓和漏極沖擊激勵振蕩電壓，漏感較大的高頻變壓器初級必須加入阻尼電阻。

測試時(shí)，top開(kāi)關(guān)器件不能直接插入加有高電壓的插座內。在印刷電路板上，控制腳外接電容器能夠把較大的浪涌電流傳輸到觸發(fā)器和關(guān)斷鎖存器。從而關(guān)斷top開(kāi)關(guān)。

開(kāi)關(guān)電源輕載或空載時(shí)，輸出mosfet導通時(shí)間很短，為了使輸出電壓保持在設計范圍內，該開(kāi)關(guān)電源必須外加一個(gè)很小的負載。

結語(yǔ)

topswitch－ⅱ作為一種集成芯片，大大簡(jiǎn)化了開(kāi)關(guān)電源的設計流程，不僅能用于低壓電源，也可以用于高壓電源。