單片開關電源" title="開關電源">開關電源具有單片集成化、最簡外圍電路,、最佳性能指標,、能構成無工頻變壓器開關電源等顯著優(yōu)點。美國動力（Power）公司在世界上率先研制成功的三端隔離式脈寬調制單片開關電源" title="單片開關電源">單片開關電源集成電路,，被譽為“頂級開關電源”,。其第一代產(chǎn)品以1994年推出的TOP100／200系列為代表，第二代產(chǎn)品則是1997年問世的TOPSwitch－Ⅱ,。上述產(chǎn)品一經(jīng)問世便顯示出強大的生命力,，它極大地簡化了150W以下開關電源的設計和新產(chǎn)品的開發(fā)工作，也為新型,、高效,、低成本開關電源的推廣與普及創(chuàng)造了良好條件，可廣泛用于儀器儀表,、筆記本電腦,、移動電話、電視機,、VCD和DVD,、攝錄像機、手機電池充電器,、功率放大器等領域,，并能構成各種小型化、高密度,、在價格上能與線性穩(wěn)壓電源相競爭的AC／DC電源變換模塊,。

1產(chǎn)品分類及性能特點

1.1產(chǎn)品分類

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與第一代產(chǎn)品相比，它不僅在性能上進一步改進,，而且輸出功率得到顯著提高,，現(xiàn)已成為國際上開發(fā)中,、小功率開關電源及電源模塊的優(yōu)選集成電路，其產(chǎn)品分類見表1,。

表1TOPSwitch－Ⅱ的產(chǎn)品分類及最大輸出功率POM單位：W

1.2性能特點

⑴將脈寬調制（PWM）控制系統(tǒng)的全部功能集成到三端芯片中,。內(nèi)含脈寬調制器、功率開關場效應管（MOSFET）,、自動偏置電路,、保護電路、高壓啟動電路

圖1TOPSwitch的管腳排列
（a）TO－220封裝（b）DIP－8封裝和SMD－8封裝

圖2TOPSwitch－Ⅱ的內(nèi)部結構

和環(huán)路補償電路,，通過高頻變壓器使輸出端與電網(wǎng)完全隔離,，真正實現(xiàn)了無工頻變壓器、隔離式開關電源的單片集成化,，使用安全可靠,。

⑵輸入交流電壓和頻率的范圍極寬。作固定電壓輸入時可選110V／115V／230V交流電,，允許變化±15％,；在寬電壓范圍輸入時，適配85V～265V交流電,，但POM值要比前者降低40％,。

⑶TOPSwitch－Ⅱ只有3個引出端，可以同三端線性集成穩(wěn)壓器相媲美,，能以最簡方式構成無工頻變壓器的反激式普通型或精密型開關電源,。開關頻率的典型值為100kHz，允許范圍是90kHz～110kHz,，占空比" title="占空比">占空比調節(jié)范圍是1.7％～67％,。

⑷外圍電路簡單，成本低廉,。芯片本身功耗很低,，電源效率可達80％左右。

2TOPSwitch的工作原理

TOPSwitch的管腳排列如圖1所示,。它有三種封裝形式,。其中，TO－220封裝有3個引腳,。

DIP－8封裝及SMD－8封裝各有8個引腳,，但均可簡化成3個。這3個管腳分別為控制端" title="控制端">控制端C,，源極S,，漏極D?？刂贫擞?個作用：

　　利用控制電流IC的大小來調節(jié)占空比D,；

　　為芯片提供正常工作所需的偏流,；

決定自動重啟動的頻率；

對控制回路進行補償,。

TOPSwitch－Ⅱ的內(nèi)部框圖如圖2所示,。主要包括10部分：

　　控制電壓源（由控制電壓UC向并聯(lián)調整器和門驅動級提供偏壓，而控制端電流IC則能調節(jié)占空比）,；

　　帶隙基準電壓源（給內(nèi)部提供各種基準電壓）,；

　　振蕩器（產(chǎn)生鋸齒波（SAW）、最大占空比信號（Dmax）和時鐘信號（CLOCK））,；

　　并聯(lián)調整器／誤差放大器,；

　　脈寬調制器（通過改變控制端電流IC的大小，連續(xù)調節(jié)脈沖占空比,，實現(xiàn)脈寬調制并能濾掉開關噪聲電壓）,；

　　門驅動級和輸出級（內(nèi)含耐壓為700V的功率開關管MOSFET）；

　　過流保護電路（利用MOSFET的漏－源通態(tài)電阻RDS（ON）來檢測過電流,，當ID過大時令MOSFET關斷,，起到過流保護作用）；

　　過熱保護及上電復位電路（當芯片結溫Tj>135℃,，關斷輸出級）,；

　　關斷／自動重啟動電路（當調節(jié)失控時，立即使芯片在低占空比下工作,。倘若故障已排除,，就自動重新啟動電源恢復正常工作）；

　　高壓電流源（提供偏流用）,。

　　TOPSwitch－Ⅱ的工作原理是利用反饋電流IC來調節(jié)占空比D,，達到穩(wěn)壓目的。舉例說明,，當輸出電壓" title="輸出電壓">輸出電壓UO↑時,，經(jīng)過光耦反饋電路使得IC↑→D↓→UO↓,最終使UO不變。

3單片開關電源的典型應用

3.1由TOP202Y構成的7.5V,，15W開關電源

7.5V,，15W開關電源電路如圖3所示。其交流輸入電壓范圍Ui=85V～265V,AC,，輸入電網(wǎng)頻率f=47Hz～440Hz,，電壓調整率SV=±0.5％,負載調整率SI=±1％，電源效率達80％,，輸出紋波電壓的最大值為±50mV,。該電源采用帶穩(wěn)壓管（VDZ2）的光耦反饋工作方式。電路中共使用兩片集成電路,，IC1為TOP202Y型單片開關電源,，IC2是日本產(chǎn)NEC2501－H型線性光耦合器。FU為3A/250V保險管,。C6與L2構成交流輸入端的電磁干擾（EMI）濾波器,。C6能濾除由初級脈動電流產(chǎn)生的串模干擾，L2可抑制初級繞組中產(chǎn)生的共模干擾,。C7和C8為安全電容,，能濾除由初、次級繞組之間耦合電容所產(chǎn)生的共模干擾,。寬范圍電壓輸入時,，85V～265V交流電經(jīng)過整流器BR、C1整流濾波后,，獲得直流輸入電壓Ui,。由VDZ1和VD1構成的漏極鉗位保護電路可將由高頻變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰電壓鉗位到安全值以下，并能減小振鈴電壓,。VDZ1選用P6KE150型瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）,，其鉗位電壓為150V，鉗位時間僅1ns,，峰值功率是5W,。VD1需采用UF4005型1A/600V的超快恢復二極管（FRD），其反向恢復時間trr=30ns,。

次級電壓經(jīng)VD2,，C2，L1,，C3整流濾波后產(chǎn)生＋7.5V的輸出電壓,。R2和VDZ2與輸出端并聯(lián)，構成開關電源的假負載,，可提高空載或輕載時的負載調整率,，反饋繞組電壓經(jīng)過VD3整流、C4濾波后,，得到反饋電壓,，再經(jīng)過光敏三極管給TOP202Y提供一個偏置電壓。VD2選擇UGB8BT型超快恢復二極管,，為降低功耗,，

圖37.5V，15W開關電源的電路

圖415V,，30W精密開關電源的電路

還可選肖特基二極管,。光耦合器IC2和穩(wěn)壓管VDZ2還構成了TOP202Y的外部誤差放大器，能提高穩(wěn)壓性能,。當輸出電壓UO發(fā)生變化時,，由于VDZ2具有穩(wěn)壓作用,，就使光耦中LED的工作電流IF發(fā)生變化，進而改變TOP202Y的控制端電流IC,，再通過調節(jié)輸出占空比,，使UO保持穩(wěn)定，這就是其穩(wěn)壓原理,。R1為LED的限流電阻,，并能決定控制環(huán)路的增益。C5是控制端旁路電容,，除對環(huán)路進行補償之外,，還決定著自動重啟動頻率。高頻變壓器選用EE22型鐵氧體磁芯,，圖3中的NP,，NS和NB分別代表初級、次級,、反饋繞組的匝數(shù),。初級電感量LP=620μH±10％，漏感量LP0≤11μH,。

3.2由TOP224Y構成的15V,，30W精密開關電源

其電路如圖4所示。與圖3相比,，它在電路上主要作了兩處重要改進：第一,，為獲得30W的連續(xù)輸出功率，將TOP202Y換成TOP224Y,，后者在寬范圍電壓輸入時的最大輸出功率可達到45W,。第二，給TOP224Y配置了外部誤差放大器—TL431型可調式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器,，內(nèi)部包含2.50V基準電壓源,、誤差放大器和開關式晶體管驅動器，能直接檢測輸出電壓的變化量,，并進行精確的調整,。輸出電壓UO經(jīng)R4，R5分壓后得到取樣電壓,，與TL431內(nèi)部2.50V基準電壓源進行比較之后,，輸出誤差電流信號，再通過NEC2501型光耦合器流入TOP224Y的控制端,，直接控制輸出占空比,，獲得穩(wěn)定電壓輸出。改變電阻R4與R5的分壓比，可以調整輸出電壓的標稱值,?？刂骗h(huán)路的頻率響應由R3，C5的大小所決定,。R3的阻值范圍是6.2Ω～15Ω,。

該電源的峰值輸出功率為60W,。電壓調整率和負載調整率均為±0.2％,，幾乎可同線性穩(wěn)壓電源相媲美，而其電源效率可達84％,，比線性穩(wěn)壓電源提高近一倍,。