TOP系列和高频变压器原理.doc

TOPSWITCH芯片的工作原理及应用 开关电源因具有重量轻、体积小、效率高、稳压范围宽等优点，在电子电气、控制、计算机等许多领域的电子设备中得到了广泛的使用。TOPSwitch（Three-terminal Off-line PWM Switch）单片开关电源是美国PI ( Power Integration ) 公司于上世纪90年代中期推出的新型高频开关电源芯片，被誉为顶级开关电源，它仅用了3个管脚就将脱线式开关电源所必需的具有高压N沟道功率MOS场效应管、电压型PWM控制器、100kHz高频振荡器、高压启动偏置电路、基准电压、用于环路补偿的并联偏置调整器、误差放大器和故障保护功能块等全部集成在一起了。采用TOPSwitch器件的开关电源与分立的MOSFET功率开关及PWM集成控制的开关电源相比，具有电路结构简洁、成本低廉、性能稳定、制作及调试方便, 自保护完善等优点。典型的TOPSwitch单端反激式开关电源电路原理图如TOPSwitch芯片的内部结构图，TOPSwitch芯片是一个自偏置自保护的电流--占空比线性控制转换器。通常在控制极和源极之间，紧靠其管脚，-电源启动时，连接在漏极和源极之间的内部高压电流源向控制极充电，在RE两端产生压降，经RC滤波后，输入到PWM比较器的同相端，与振荡器产生的锯齿波电压相比较，产生脉宽调制信号并驱动MOSFET管，因而可通过控制极外接的电容充电过程来实现电路的软启动。当控制极电压Uc达到5.7V时，内部高压电流源关闭，此时由反馈控制电流向Uc供电。在正常工作阶段，由外界电路构成电压负反馈控制环，调节输出级MOSFET的占空比以实现稳压。当输出电压升高时，Uc升高，采样电阻RE上的误差电压亦升高。而在与锯齿波比较后，将使输出电压的占空比减小，从而使开关电源的电压减小。当控制极电压低于4.7V时，MOSFET管关闭，控制电路处于小电流等待状态，内部高压电流源重新接通并向Uc充电，其关断/自动复位滞回比较器可使Uc保持在 4.7V~5.7V之间。图3-3所示是其运行波形图，中a图为正常运行波形，ｂ图为自动重启波形。自动重启电路具有一个八分频计数器，可以阻止输出级MOSFET再次导通，直到八个放电--充电周期完成为止。因此，在自动重启期间，占空比控制在５%左右可有效地限制芯片的功耗。自动重启动电路一直工作到Uc进入受控状态为止。 第二节 TOPSwitch产品分类及性能特点 2.1产品分类 TOPSwitch包括TOP100系列（TOP100Y～TOP104Y），TOP200系列（TOP200Y～TOP202Y，TOP214Y），TOP209／210系列，TOPSwitch－Ⅱ系列（TOP221～TOP227）。TOPSwitch－Ⅱ与第一代产品相比，它不仅在性能上进一步改进，而且输出功率得到显著提高，现已成为国际上开发中、小功率开关电源及电源模块的优选集成电路，其产品分类见表。.2性能特点 ⑴将脉宽调制（PWM）控制系统的全部功能集成到三端芯片中。内含脉宽调制器、功率开关场效应管（MOSFET）、自动偏置电路、保护电路、高压启动电路和环路补偿电路，通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，真正实现了无工频变压器、隔离式开关电源的单片集成化，使用安全可靠。⑵输入交流电压和频率的范围极宽。作固定电压输入时可选110V／115V／230V交流电，允许变化±15％；在宽电压范围输入时，适配85V～265V交流电，但POM值要比前者降低40％。TO－220封装（Y） DIP－8封装（P）/SMD－8封装（G） 产品型号 固定输入（100/115/230V,AC,±15％） 宽范围输入（85V～265V,AC） 产品型号 固定输入（100/115/230V,AC,±15％） 宽范围输入（85V～265V,AC） TOP221Y 12 7 TOP221P/221G 9 6 TOP222Y 25 15 TOP222P/222G 15 10 TOP223Y 50 30 TOP223P/223G 25 15 TOP224Y 75 45 TOP224P/224G 30 20 TOP225Y 100 60 　 　 　 TOP226Y 125 75 　 　 　 TOP227Y 150 90 　 　 　 ⑶TOPSwitch－Ⅱ只有3个引出端，可以同三端线性集成稳压器相媲美，能以最简方式构成无工频变压器的反激式普通型或精密型开关电源。开关频率的典型值为100kHz，允许范围是90kHz～110kHz，占空比调节范围是1.7％～67％。 ⑷外围电路简单，成本低廉。芯片本身功耗很低，电源效率可达80％左右。TOPSwitch的管脚排列如图3-4所示。它有三种封装形式。其中，T