TOPSwitch-FX系列高頻功率開(kāi)關(guān)控制器TOP232～234的應用IntroductiontoHigh～FrequencyandPower-Contr

　　

摘要：TOPSwitch-FX系列芯片通過(guò)改進(jìn)布局，集成了新功能，降低了系統造價(jià)，同時(shí)也提高了設計的靈活性以及性能和能耗效率。文中介紹了新型TOPSwitch-FX系列中TOPS232～234芯片的結構、特點(diǎn)及典型應用。

本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/233432.htm

關(guān)鍵詞：TOPSwitch-FX；TOP232～234芯片；軟啟動(dòng)；周期跳躍；滯后熱關(guān)斷

1．概述

TOPSwitch-FX系列TOPS232～234芯片采用改進(jìn)的TOPSwitch技術(shù)制造而成。它把高壓功率MOSFET管、PWM控制保護及其它控制功能集成到了一個(gè)CMOS芯片中。TOPS232～234另加了兩個(gè)引腳,第一個(gè)是多功能(M)引腳,它能執行可編程線(xiàn)性OV/UV關(guān)閉及利用線(xiàn)性電壓提供線(xiàn)性交饋并減少DCmax(最大占空比),該腳還可以用來(lái)在外部準確地設置限流值,在任何一種情況下都可以用作遠程ON/OFF控制或者使振蕩器與外部較低頻率的信號同步;第二個(gè)是頻率(F)引腳,它只出現在Y類(lèi)封裝中,可用于在接到引腳控制(C)時(shí)提供半頻率選擇.將該腳接到源極(S)引腳時(shí)不發(fā)揮效能,這一特點(diǎn)可使系統工作于三端TOPSwitch態(tài)，同時(shí)具有多種優(yōu)良性能：如軟啟動(dòng)、周期跳躍、130kHz的轉換頻率、頻率跳變、更寬的Dcmax和滯后熱關(guān)斷等。另外，它與TOPSwitch-II系列比起來(lái)，所有的關(guān)鍵參數如頻率、電流范圍、PWM增益等等都具有更好的溫度性能及抗干擾能力。更高的限流精度和更大的DCmax 使得TOPSwitch-FX 設備的輸出功率與TOPSwitch-II比起來(lái)，在相同情況下可提高10%～15%。

TOPS232～234的主要特點(diǎn)如下：

·可減少外圍器件的耗費；

·全集成的軟啟動(dòng)功能可最大限度地減少功率器件的電壓電流應力；

.可以由用戶(hù)設置精確的限流值；

·可獲得最大的占空比；

·具有自動(dòng)恢復的滯后熱關(guān)斷功能；

·具有大幅度的溫度滯后，可防止印制電路板過(guò)熱；

·有主開(kāi)和主控關(guān)的遠程O(píng)N/OFF功能；

·可與較低頻率同步。

2．管腳功能描述

漏極（D）管腳：高壓功率MOSFET管漏極輸出。通過(guò)此腳從高壓開(kāi)關(guān)電流源輸入內部啟動(dòng)偏置電流。

控制（C）管腳：用于調節占空比的誤差放大器與電流輸入腳。在正常操作期間通過(guò)連接至內部分流調節器來(lái)提供內部偏置電流。也可以作為電源的旁路和自動(dòng)重起/補償電容的連接點(diǎn)。

多功能（M）引腳：作為OV、UV、用于減少DCmax的線(xiàn)性前饋、外部電流限流值設置、遠程ON/OFF控制及與外部低頻信號同步的輸入腳。將其連接到源極引腳時(shí)，器件的所有功能喪失，從而可使TOPSwitch-FX工作在簡(jiǎn)單的三端狀態(tài)（如同TOPSwitch-II）。

頻率（F）引腳（僅限Y類(lèi)封裝）：用于選擇開(kāi)關(guān)頻率的輸入引腳，連接至源極引腳時(shí)為130kHz，連接至控制引腳時(shí)為65kHz。只有在P、G類(lèi)封裝中，開(kāi)關(guān)頻率才被內被內部設置為130kHz.

源（S）引腳：將其連接至輸出MOSFET源極時(shí)可得到高壓功率回饋。TOPS232～234的功能方框圖如圖1所示。

3．應用電路

3．130W高效通用輸入電源

圖2所示是采用TOPSwitch-FX來(lái)降低系統代價(jià)和供電電源尺寸的應用電路。在環(huán)境溫度為50℃、輸入交流電壓為85～265V、輸出電壓為12V、輸出功率為30W時(shí)，采用TOP234所組成的電路可以在滿(mǎn)載時(shí)達到80%的標稱(chēng)效率。

通過(guò)電阻R1與R2可以在外部將限流值設置為略高于默認限流值70%的操作峰值電流的低限，以減小對于給定輸出功率時(shí)轉換磁芯的尺寸，提高轉換初級電感，從而減少TOPSwitch-FX的功耗，同時(shí)防止在起動(dòng)及穩定輸出時(shí)轉換磁芯出現飽和。電阻R1提供的前向反饋信號可在升高線(xiàn)性電壓的同時(shí)減小限流值，進(jìn)而限制高輸入線(xiàn)性電壓時(shí)的最大過(guò)載輸出。前向反饋功能與內置軟啟動(dòng)功能結合在一起可以在更高的反射電壓時(shí)通過(guò)在最壞情況下安全地將TOPSwitch-FX的漏壓限制在一適合的范圍之內，這樣，可以采用低成本的RCD鉗位電路。由于TOPSwitch-FX具有擴展最大占空比性能，因而可以使用較小的輸入電容（C1）擴展最大占空比與更高的反射電壓及RCD鉗位性能夠減小次級整流管D8上的峰值翻轉電壓。60V的肖特基整流二極管用來(lái)提供15V的輸出電壓，從而大大提高了供電電源的效率。使用TOPSwitch-FX可消除在進(jìn)行無(wú)負載調節時(shí)使用虛負載并減少無(wú)負載/備用的供電消耗。頻率跳變改善了滿(mǎn)足CISPR（FCCB）要求的EMI傳導容限。在此應用中我們用一簡(jiǎn)單齊納靈敏回路來(lái)減少成本。輸出電壓取決于齊納二極管的電壓。

3．2 35W多輸出供電電源

圖3為多輸出機項盒的一個(gè)典型應用電路，它具有35W五路輸出及次級調節供電功能?？蓱糜诮涣?/span>230V輸入，并可以工作于100VAC或115VAC的雙輸入狀態(tài)。

壓敏電阻R1（2MΩ）用來(lái)進(jìn)行欠壓檢測（1000V時(shí)）、過(guò)壓關(guān)斷（450V時(shí)）及在降低Dcmax的同時(shí)進(jìn)行線(xiàn)性前饋。欠壓檢測可保證在功率下降的情況下輸出沒(méi)有干擾。過(guò)壓關(guān)斷在輸入直流電壓高于450V時(shí)關(guān)閉TOPSwitch-FX的MOSFET管，以消除反射電壓及漏感尖峰信號，進(jìn)而將抗浪涌的能力提高至MOSFET的700V額定直流電壓，該特征可使那些經(jīng)常出現線(xiàn)電壓浪涌的國家避免場(chǎng)失敗的發(fā)生。

本電路的設計還利用了軟啟動(dòng)和其更高的工作頻率來(lái)減小轉換器的尺寸。用R4、C4組成阻尼回路能減少可能影響電視接收轉換波形的微分輻射視頻干擾。在對視頻干擾敏感的應用中可以通過(guò)將頻率腳連接至控制引腳來(lái)使能半頻率選擇，從而在不嚴重影響效率的情況下進(jìn)行更大程度的緩沖。

本電路通過(guò)R9、R10、R11來(lái)傳輸雙重感應光耦合反饋，從而使得在輸出電壓3.3V和5V時(shí)負載有±5%的調節度。通過(guò)設置變換器變換比可以得到不同的輸出電壓。低功率時(shí)的5V輸出電壓可以通過(guò)電阻R12和齊納二極管VR2來(lái)調節。在輕負載的情況下我們采用虛負載電阻R13來(lái)進(jìn)行30V電壓的調節。電阻R8和電容C7用于對TL431進(jìn)行補償。并決定初級回路的補償和自動(dòng)重起頻率。該電路在整個(gè)交流輸入范圍內，其滿(mǎn)載工作效率都大于75%，初級鉗位元件VR1和D1可將峰值漏極電壓限制在安全范圍以?xún)取?/span>

TOPSwitch-FX的頻率跳變有助于減小EMI，選擇合適電容CY1和濾波器件（CX1、L1）可以將泄漏限制在低于CISPR22（FCCB）的水平上。為減小常態(tài)電流與TOP232耦合所造成的干擾，應將Y1固定在正向直流輸入端。另外，可通過(guò)一附加的275V的MOV（RV1）來(lái)抵抗3kV的雷擊。

3．3 處理器控制開(kāi)關(guān)的供電電源

在一些應用中，我們希望使用低功耗瞬時(shí)接觸開(kāi)關(guān)來(lái)控TOPSwitch-FX的電源開(kāi)關(guān)。利用圖4所示的低功耗遠程關(guān)斷性能可在只需極少數外部元件的情況下完美地完成這一功能。只要瞬時(shí)接觸鍵開(kāi)關(guān)P1被按下，光耦合管就會(huì )導通并將該動(dòng)作告知微處理器。起初，當電源關(guān)閉時(shí)，閉合P1時(shí)會(huì )將TOPSwitch-FX的M引腳通過(guò)一個(gè)二極管（遠端）短接到源極，從而啟動(dòng)供電電源。在次級輸出建立起來(lái)之后，處理器開(kāi)始工作，并通過(guò)由光耦合管U3輸出所驅動(dòng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸入來(lái)確認開(kāi)關(guān)P1處于閉合狀態(tài)，然后微處理器通過(guò)光耦管U4發(fā)出一電源控制信號來(lái)控制通路的電源。如果用戶(hù)再次按下開(kāi)關(guān)P1來(lái)關(guān)閉系統的話(huà)，微處理器通過(guò)U3檢測到這一命令后執行內定的關(guān)閉程序。例如在噴墨打印機中，關(guān)閉程序包括將打印頭安全的停放在存儲區域等功能。在盤(pán)式驅動(dòng)器中則會(huì )將數據或設置保存到盤(pán)內。當關(guān)閉程序執行完畢以后，可以安全關(guān)掉電源，同時(shí)微處理器通過(guò)關(guān)斷U3來(lái)釋放M引腳。若手動(dòng)開(kāi)關(guān)及光耦管U3、U4距M引腳較遠，在M管腳懸空時(shí)，需要用一個(gè)電容來(lái)防止干擾信號的耦合進(jìn)入。

我們也可以通過(guò)用一邏輯信號來(lái)驅動(dòng)光耦管U4，從而通過(guò)局域網(wǎng)或串口來(lái)遠程閉合供電電源。有時(shí)候通過(guò)電纜發(fā)送一系列邏輯脈沖信號要比用一直流邏輯電平作為喚醒信號容易的多。這時(shí)，可以用一簡(jiǎn)單RC濾波來(lái)產(chǎn)生驅動(dòng)U4的直流電平（圖4中沒(méi)有畫(huà)出）。此遠程關(guān)斷性能可以用來(lái)喚醒打印機、掃描儀、外置調制解調器、盤(pán)式驅動(dòng)器等計算機外圍設備。使用該電路可以在設備空閑一段時(shí)間以后自動(dòng)關(guān)閉電源以節省電能。

通過(guò)以上應用實(shí)例，可以看到TOPSwitch-FX具有關(guān)斷及工作時(shí)的低功耗、低電壓/電流、瞬時(shí)接觸開(kāi)關(guān)、無(wú)回波、無(wú)需外部限流回路、無(wú)需高壓阻抗、瞬時(shí)變化不會(huì )影響開(kāi)關(guān)狀態(tài)等優(yōu)良性能。

4．應用注意事項

4．1 TOPSwitch-FX的選擇

使用何種TOPSwitch-FX應根據所需的最大輸出功率、效率、溫度限制等參數以及價(jià)格等因素進(jìn)行選擇。如果外部能夠減小限流值，那么，在要求效率較高或所需散熱很小的低功率應用中可以選擇大一些的TOPSwitch-FX。

4．2輸入電容

在選擇電容時(shí)，必須使轉換器在最低標稱(chēng)電壓和最大輸出功率時(shí)可以調節。對于一個(gè)設計合理的變換器來(lái)說(shuō)，2μF/W的電容足夠了。

4．3初級鉗位及輸出反射電壓

應當使用一鉗位電路來(lái)限TOPSwitch-FX的漏源極電壓。齊納鉗位只需很少的元件并占用很少的空間。為獲得較好的效率，鉗位齊納管的電壓至少應是輸出反射電壓Vor的1.5倍，這樣能減少泄漏尖峰信號的導通時(shí)間。在通常的應用中若使用齊納鉗位，就要求Vor低于135V以允許齊納管的絕對干擾和溫度漂移。這樣可以保證鉗位電路高效工作，同時(shí)也使最大漏極電壓低于TOPSwitch-FX MOSFFT的允許電壓。

為了充分利用TOPSwitch-FX更寬的DCmax性能，Vor應該很高。另外，當設計中工作電流大大低于缺省限流值時(shí)，可在外部設置限流值以使其接近工作電流的峰值，從而減少磁通強度和峰值功率。

4．4備用消耗

周期跳躍，尤其是使用齊納鉗位時(shí)可以顯著(zhù)地降低無(wú)負載時(shí)的功率消耗。為此可以采用TL431調節器來(lái)進(jìn)行反饋控制，從而使得次級消耗降到最低。另外，將正常工作下的130kHz降為輕載時(shí)的65kHz也可以顯著(zhù)地降低開(kāi)關(guān)損耗。