TOPSwitch-GX開(kāi)關(guān)電源器件
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TOPSwitch-GX系列開(kāi)關(guān)電源器件是小功率開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)選產(chǎn)品?？勺龀筛鞣N小型化DC/DC、AC/DC電源模塊，也可用于個(gè)人電腦、各種適配器，LCD監視器，打印機，電子儀器儀表和各種音視頻設備等領(lǐng)域。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/2946.htmTOPSwitch-GX采用TOPSwitch相同的布局，有效地把高壓功率MOSFET器件、PWM控制、故障保護和其它控制電路集成到了單片CMOS上。為了降低系統成本和改善設計靈活性、環(huán)境溫度和功率，TOPSwitch-GX在TOPSwitch系列基礎上增加了許多新功能，TOP242-249屬于TOPSwitch-G系列產(chǎn)品。
按封裝形式，TOPSwitch-GX分為三種類(lèi)型：（1）Y型：采用單列直插TO-220-7C封裝；（2）P型：采用雙列直插式DIP-8B封裝；(3) G型：采用表面帖封式SMD-8B封裝。Y型封裝需外加散熱器，P/G型封裝可借助印刷板上公共地區域來(lái)代替散熱器，將S極焊接在敷銅板上。
產(chǎn)品主要有如下性能特點(diǎn)：輸出功率可達250W；外圍電路簡(jiǎn)單，成本低；在極低壓或過(guò)沖情況下能充分集成軟啟動(dòng)；外部可編程精確電流限制的高效率，低成本設計和功率可限電路； 線(xiàn)性欠壓保護，無(wú)關(guān)斷干擾。
如圖1所示為Y型封裝的芯片內部原理框圖，P/G型封裝與Y型封裝類(lèi)似。
控制極是一個(gè)低阻抗接點(diǎn)，能接收合并的能量和反饋電流。正常工作時(shí)，并聯(lián)調整器從供給電流中分離反饋信號?？刂贫穗妷海?/font>Vc）是包括MOSFET門(mén)驅動(dòng)和控制電路的電源電壓。在控制極和源極之間所接的旁路電容提供了瞬時(shí)門(mén)驅動(dòng)電流。這個(gè)端的總電容量設定了自動(dòng)-重啟動(dòng)時(shí)間和控制環(huán)路補償。
啟動(dòng)初期，經(jīng)整流后的直流高電壓供給漏極(D)時(shí)，MOSFET關(guān)閉，此時(shí)控制端電容通過(guò)接到內部漏極和控制極的開(kāi)關(guān)高壓電流源充電。當控制端電壓達到5.8V時(shí)，控制電路動(dòng)作并軟啟動(dòng)開(kāi)始。MOSFET管的導通占空比逐漸增大，從零到最大值約10ms以上。軟啟動(dòng)結束后，如果沒(méi)有外部反饋電流輸入控制端，高壓電流源關(guān)斷并且控制端將通過(guò)控制電路放電以響應供給電流。
內部振蕩器通過(guò)一個(gè)內部電容在兩個(gè)電壓(4.8～5.8V)之間線(xiàn)性地充放電產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波信號送入脈寬調制器。這個(gè)振蕩器設定脈寬調制器在每個(gè)周期開(kāi)始時(shí)的電流限制鎖定。選擇132KHz的開(kāi)關(guān)頻率確保變壓器尺寸最小，并且保持電磁輻射(EMI)頻率在150KHz以下。對于Y型封裝，頻率端與控制端短接，開(kāi)關(guān)頻率降為66KHz（半頻），可用于對噪聲敏感的視頻領(lǐng)域或高效率備用電源模塊。
脈寬調制器利用可變占空比的電流輸入到控制端以驅動(dòng)輸出MOSFET管實(shí)現電壓控制。最大占空比(Dcmax)是預設的MOSFET管最大導通比為78%（典型值），當輸入電壓升高時(shí)，最大占空比將從78%降到38%。
脈寬調制器占空比降低，輸出功率減小。當占空比下降到10%以下時(shí)，為了保持輕載高效，頻率將線(xiàn)性地減小到占空比為0%的最小頻率30KHz和15KHz（分別對應正常工作頻率的132KHz和66KHz）。降低了開(kāi)關(guān)損耗并保持了低的輸出紋波。
并聯(lián)調整器兼具有誤差放大器的功能。并聯(lián)調整器的基準電壓來(lái)源于經(jīng)溫度補償后的帶隙基準值。誤差放大器增益通過(guò)控制端的動(dòng)態(tài)阻抗被設定?？刂贫丝刂仆怆娐沸盘柕綐藴孰妷?/font>Vc?？刂贫穗娏鞒~部分被分離給并聯(lián)調整器和流過(guò)Re作為誤差電壓信號。
加電時(shí)，在輸入線(xiàn)電壓達到UV閾值之前，UV保持TOPSwitch-GX關(guān)斷。掉電時(shí)，輸出超過(guò)規定值后，UV防止了自動(dòng)-重啟動(dòng)。從L或M端到DC高電壓端的電阻設定了UV在加電時(shí)的閾值。同樣的方法設定了OV閾值，一旦超過(guò)它，強迫TOPSwitch-GX輸出關(guān)斷。UV和OV閾值之比被設定為4.5。
TOPSwitch-GX通過(guò)控制流入L端電流或從X端流出的電流和從M端流入或流出的電流實(shí)現開(kāi)/關(guān)切換。另外，L端連接有1V閾值比較器，這個(gè)閾值電壓也能實(shí)現遠程開(kāi)/關(guān)控制。在X、L或M和源極之間用晶體管或光耦輸出連接實(shí)現了激活打開(kāi)功能，在L或M和控制極之間用晶體管或光耦連接實(shí)現了激活關(guān)斷功能。
在啟動(dòng)持續10ms后，軟啟動(dòng)的二個(gè)功能被激活。最大占空比開(kāi)始從0%線(xiàn)性地增加到默認的78%，并且限制電流開(kāi)始從大約85%線(xiàn)性地增加到100%。除此之外，軟啟動(dòng)在自動(dòng)-重啟動(dòng)期間每次企圖重啟動(dòng)和在遠程關(guān)斷或熱關(guān)斷下，控制電壓滯后調節后重啟動(dòng)時(shí)也被激活。軟啟動(dòng)有利于輸出過(guò)沖最小和防止變壓器飽和。
在惡劣條件下，為了將TOPSwitch-GX的功率損耗減小到最低，如果缺乏持續的調節環(huán)境，關(guān)斷/自動(dòng)-重啟動(dòng)電路在自動(dòng)-重啟動(dòng)占空比4%（典型值）轉換電源開(kāi)和關(guān)?？刂贫穗妷赫{節在分流模式和滯后的自動(dòng)-重啟動(dòng)模式間轉換。
圖2所示電路是一款30W高效通用電源電路。該電路利用TOPSwitch-GX的某些特點(diǎn)降低了系統成本和減小了電源尺寸，并且改善了效率。實(shí)現了初次級的完全隔離。這種設計在12V輸出時(shí)，提供輸出功率為30W，輸出紋波不大于50mVp-p，輸入電壓范圍為85～265VAC，環(huán)境溫度為50℃，使用TOP224Y在滿(mǎn)載下可達到標稱(chēng)效率80%。
電流限制通過(guò)外部電阻R1和R2被設定。隨著(zhù)線(xiàn)性電壓的升高，電阻R1和R2分壓提供給X端的信號降低了電流限制。電阻R4提供了線(xiàn)性檢測，設置UV為100VDC和OV為450VDC。R5,C5提供環(huán)路補償。次級電壓通過(guò)D8,C10,C11整流、濾波，L3,C12開(kāi)關(guān)噪聲濾波后輸出直流電壓。使用60V的肖特基整流器（D8）使輸出可達15V，提高了電源效率。輸出電壓由齊納二極管（VR2）、光耦（U2）內部二極管和電阻R6決定。在非線(xiàn)性、加載和元件參數變化時(shí)，電阻R8提供給齊納二極管VR2偏置電流，調節12VDC輸出電壓穩定在±5%。
低成本瞬間觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)在一些應用程序（如打印機）要求的微處理器控制下能用于開(kāi)/關(guān)TOPSwitch-GX電源。低效遠程關(guān)斷這一特點(diǎn)允許使用少量外部元件實(shí)現這一精美功能，如圖3所示。每當用戶(hù)閉合按鈕瞬間觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)P1時(shí)，光耦U3被激活，把信號傳送給微處理器的邏輯輸入端。首先，當電源斷開(kāi)時(shí)(M端處于浮動(dòng)狀態(tài))，P1關(guān)閉，通過(guò)一只二極管短接TOPSwitch-GX的M端和源極打開(kāi)電源。當次級輸出電壓VCC建立時(shí)，微處理器被激活并且確認由光耦U3輸出信號驅動(dòng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸入，開(kāi)關(guān)P1關(guān)閉。然后微處理器通過(guò)光耦U4發(fā)送電源控制信號使電源處于接通狀態(tài)。如果用戶(hù)再次按下開(kāi)關(guān)P1，發(fā)出關(guān)斷命令，微處理器通過(guò)光耦U3檢測它并且啟動(dòng)產(chǎn)品專(zhuān)用的關(guān)程序。例如，在噴墨打印機中，關(guān)程序包括可以在存儲位置安全地停止打印頭。在有磁盤(pán)驅動(dòng)器的產(chǎn)品中，關(guān)程序包括保存數據和調整磁盤(pán)。在關(guān)程序完成后，安全地關(guān)掉電源時(shí)，微處理器通過(guò)斷開(kāi)光耦U4釋放M端。如果手動(dòng)開(kāi)關(guān)和光耦U3、U4不設置接到M端，當M端開(kāi)路時(shí)，電容CM可以防止噪聲耦合到這個(gè)端。
電源也能通過(guò)局域網(wǎng)或由光耦U4輸入LED邏輯信號到并行或串行口遠程控制打開(kāi)。有時(shí)通過(guò)一根電纜(如交流耦合電纜)替代直流邏輯電平發(fā)送一列邏輯脈沖作為提醒信號，是更容易的。因此，簡(jiǎn)單的RC濾波器用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)直流電平去驅動(dòng)U4(在圖3中沒(méi)有顯示出來(lái)）。遠程打開(kāi)特點(diǎn)能用來(lái)提醒外圍設備，例如打印機、掃描儀、外部的調制解調器、磁盤(pán)驅動(dòng)器等。如果外圍設備在一個(gè)時(shí)段內不保存功率，則通常被設計為自動(dòng)關(guān)斷狀態(tài)。
綜上所述，除了使用少量元件之外，TOPSwitch-GX 在這類(lèi)應用中還提供了許多技術(shù)優(yōu)勢：如在關(guān)斷模式下功率消耗極小，低成本、低電壓/電流，使用瞬間觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，瞬間開(kāi)關(guān)無(wú)需防反跳電路，設計靈活等。采用TOPSwitch-GX系列開(kāi)關(guān)器件可以設計出各種高效率、多輸出端電源，廣泛應用于各種領(lǐng)域?！?/font>
參考文獻
1 Power Integrations , INC. TOPSwitch-GX(TOP242-249) Datasheets, November.2000
2 Power Integrations , INC. TOPSwitch Datasheets, 1997.10
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