單片開關(guān)電源集成電路具有高集成度,、高性價(jià)比,、最簡外圍電路,、最佳性能指標(biāo)、能構(gòu)成高效率無工頻變壓器的隔離式開關(guān)電源等優(yōu)點(diǎn),。它于90年代中,、后期相繼問世后,，便顯示出強(qiáng)大的生命力，目前它成為國際上開發(fā)中,、小功率開關(guān)電源,、精密開關(guān)電源及電源模塊的優(yōu)選集成電路。由它構(gòu)成的開關(guān)電源,，在成本上與同等功率的線性穩(wěn)壓電源相當(dāng),，而電源效率顯著提高，體積和重量則大為減小,。這就為新型開關(guān)電源的推廣與普及,，創(chuàng)造了良好條件。
1 集成開關(guān)電源的發(fā)展簡況
　　開關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能電源,，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品,。近20多年來,，集成開關(guān)電源沿著下述兩個(gè)方向不斷發(fā)展。第一個(gè)方向是對(duì)開關(guān)電源的核心單元——控制電路實(shí)現(xiàn)集成化,。1977年國外首先研制成脈寬調(diào)制(PWM)控制器集成電路,，美國摩托羅拉公司、硅通用公司(Silicon General),、尤尼特德公司(Unitrode)等相繼推出一批PWM芯片,，典型產(chǎn)品有MC3520、SG3524,、UC3842,。90年代以來，國外又研制出開關(guān)頻率達(dá)1MHz的高速PWM,、PFM(脈沖頻率調(diào)制)芯片,，典型產(chǎn)品如UC1825、UC1864,。第二個(gè)方向則是對(duì)中,，小功率開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)單片集成化。這大致分兩個(gè)階段：80年代初意－法半導(dǎo)體有限公司(SGS－Thomson)率先推出L4960系列單片開關(guān)式穩(wěn)壓器,。該公司于90年代又推出了L4970A系列,。其特點(diǎn)是將脈寬調(diào)制器、功率輸出級(jí),、保護(hù)電路等集成在一個(gè)芯片中,，使用時(shí)需配工頻變壓器與電網(wǎng)隔離，適于制作低壓輸出(5.1～40V),、大中功率(400W以下),、大電流(1.5A～10A),、高效率(可超過90%)的開關(guān)電源。但從本質(zhì)上講,，它仍屬DC/DC電源變換器,。
　　1994年，美國動(dòng)力(Power)公司在世界上首先研制成功三端隔離式脈寬調(diào)制型單片開關(guān)電源,，被人們譽(yù)為“頂級(jí)開關(guān)電源”,。其第一代產(chǎn)品為TOPSwitch系列，第二代產(chǎn)品則是1997年問世的TOPSwitch－II系列,。該公司于1998年又推出了高效,、小功率、低價(jià)格的四端單片開關(guān)電源TinySwitch系列,。在這之后,，Motorola公司于1999年又推出MC33370系列五端單片開關(guān)電源，亦稱高壓功率開關(guān)調(diào)節(jié)器(High Voltage Power Switching Regulator),。目前,，單片開關(guān)電源已形成四大系列、近70種型號(hào)的產(chǎn)品,。
2 TOPSwitch－II系列三端單片開關(guān)電源
　　根據(jù)封裝形式,，TOPSwitch－II可劃分成三種類型：TOP221Y?觸227Y(TO－220封裝)， TOP221P?觸224P(DIP－8封裝),，TOP221G～224G(SMD－8封裝),，產(chǎn)品分類詳見表1。其中以TOP227Y的輸出功率為最大,。

2.1 TOPSwitch－II的性能特點(diǎn)
　　(1) TOPSwitch－II內(nèi)部包括振蕩器,、誤差放大器、脈寬調(diào)制器,、門電路,、高壓功率開關(guān)管(MOSFET)、偏置電路,、過流保護(hù)電路,、過熱保護(hù)及上電復(fù)位電路、關(guān)斷/自動(dòng)重啟動(dòng)電路,。它通過高頻變壓器使輸出端與電網(wǎng)完全隔離,，使用安全可靠。它屬于漏極開路輸出的電流控制型開關(guān)電源,。由于采用CMOS電路,，使器件功耗顯著降低。
　　(2) 只有三個(gè)引出端：控制端C,、源極S,、漏極D,，可同三端線性穩(wěn)壓器相媲美，能以最簡方式構(gòu)成無工頻變壓器的反激式開關(guān)電源,。為完成多種控制,、偏置及保護(hù)功能，C,、D均屬多功能引出端,，實(shí)現(xiàn)了一腳多用。以控制端為例,，它具有三項(xiàng)功能：①該端電壓VC為片內(nèi)并聯(lián)調(diào)整器和門驅(qū)動(dòng)級(jí)提供偏壓,；②該端電流IC能調(diào)節(jié)占空比；③該端還作為電源支路與自動(dòng)重啟動(dòng)/補(bǔ)償電容的連接點(diǎn),，通過外接旁路電容來決定自動(dòng)重啟動(dòng)的頻率,，并對(duì)控制回路進(jìn)行補(bǔ)償。
　　(3) 輸入交流電壓的范圍極寬,。作固定電壓輸入時(shí)可選220V±15%交流電,，若配85～265V寬范圍變化的交流電，最大輸出功率要降低40%,。開關(guān)電源的輸入頻率范圍是47～440Hz。
　　(4) 開關(guān)頻率典型值為100kHz,，占空比調(diào)節(jié)范圍是1.7%～67%,。電源效率為80%左右，最高可達(dá)90%,，比線性集成穩(wěn)壓電源提高近一倍,。其工作溫度范圍是0～70℃,芯片最高結(jié)溫TJM＝135℃。
　　(5) TOPSwitch－II的基本工作原理是利用反饋電流IC來調(diào)節(jié)占空比D,，達(dá)到穩(wěn)壓目的,。舉例說明，當(dāng)由于某種原因致使開關(guān)電源的輸出電壓VO↑時(shí),，經(jīng)過光耦反饋電路就使IC↑→誤差電壓Vr↑→D↓→Vo↓,，使Vo保持不變。反之亦然,。
　　(6) 外圍電路簡單,，成本低廉。外部僅需接整流濾波器,、高頻變壓器,、初級(jí)保護(hù)電路、反饋電路和輸出電路,。采用此類芯片還能降低開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁干擾,。
2.2 典型應(yīng)用
　　TOPSwitch－II可廣泛用于儀器儀表,、筆記本電腦、移動(dòng)電話,、電視機(jī),、VCD和DVD、攝錄像機(jī),、電池充電器,、功率放大器等領(lǐng)域，并能構(gòu)成各種小型化,、高密度,、低成本的開關(guān)電源模塊。此外,，它還適合構(gòu)成后備式開關(guān)電源,，非隔離式開關(guān)電源、恒流恒壓輸出開關(guān)電源,，供無線通信用的DC/DC電源變換器,、恒功率調(diào)節(jié)器、功率因數(shù)補(bǔ)償器等,。
2.3 電路設(shè)計(jì)要求
　　(1)TOPSwitch－II的反饋電路中需配光電耦合器與輸出電路隔離,。設(shè)計(jì)精密開關(guān)電源時(shí)，還應(yīng)增加一片TL431型可調(diào)式精密關(guān)聯(lián)穩(wěn)壓器,，由它構(gòu)成外部誤差放大器,，來代替取樣電路中的穩(wěn)壓管。精密開關(guān)電源的電壓調(diào)整率Sv,、電流調(diào)整率SI均可達(dá)±0.2%左右,，接近于線性集成穩(wěn)壓電源的指標(biāo)。
　　(2)應(yīng)選用電流傳輸比(CTR)能線性變化的光電耦合器,，如PC817A,，NEC2501、6N137等型號(hào),，不推薦采用4N25,、4N35等4N××型普通光耦。后者的線性度差,，傳輸模擬信號(hào)時(shí)會(huì)造成失真,，影響開關(guān)電源的穩(wěn)壓性能。
　　 (3)高頻變壓器的初級(jí)必須設(shè)置保護(hù)電路,，用以吸收漏感引起的尖峰電壓,，確保MOSFET不被損壞。這種保護(hù)電路應(yīng)并聯(lián)在初級(jí)上，具體有4種設(shè)計(jì)方案：①由瞬變電壓抑制二極管(TVS)和超快恢復(fù)二極管(SRD)組成鉗位電路,；②由TVS與硅整流管(VD)構(gòu)成的鉗位電路,；③由阻容元件與SRD構(gòu)成的吸收電路；④由阻容件與VD構(gòu)成的吸收電路,。上述方案中以①的效果最佳,，能充分發(fā)揮TVS響應(yīng)速度極快、可承受高能量瞬態(tài)脈沖之優(yōu)點(diǎn),。方案②次之,。
　　(4)使用芯片時(shí)需加合適的散熱器。對(duì)于TO－220封裝,，可直接裝在小散板上,。對(duì)于DIP－8和SMD－8封裝的可將4個(gè)源極焊在面積為2.3cm2的印制板敷銅箔上代替散熱片。
　　(5)為抑制從電網(wǎng)引入的干擾,，也防止開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾向外部傳輸,，需在電源進(jìn)線端增加一級(jí)電磁干擾濾波器(EMI filter),亦稱電源噪聲濾波器(PNF)。
　　(6)使用此類芯片時(shí),，源極引線要盡量短,。為使空載或輕載時(shí)輸出電壓穩(wěn)定，應(yīng)在穩(wěn)壓電源輸出端接一只幾百歐的電阻作為最小負(fù)載,，亦可并聯(lián)一只穩(wěn)壓管,。
3 TinySwitch系列四端開關(guān)電源
　　TinySwitch是Power公司新推出的一種高效、小功率四端單片開關(guān)電源,。因所構(gòu)成開關(guān)電源的體積很小,，故稱TinySwitch(微型開關(guān))系列。它比三端單片開關(guān)電源增加一個(gè)使能端,，使用更加方便靈活。TinySwitch系列性優(yōu)價(jià)廉,，外圍電路非常簡單,，特別適合制作10W以下的微型開關(guān)電源或待機(jī)電源，是取代效率低,、體積較大的小功率線性穩(wěn)壓電源的理想產(chǎn)品,。
3.1 TinySwitch的性能特點(diǎn)
　　(1)TinySwitch有DIP－8、SMD－8兩種封裝形式,、6種型號(hào),。產(chǎn)品分類見表2。盡管采用8腳封裝,，實(shí)際上只有四個(gè)腳：S,、D、BP(相當(dāng)于控制端)、EN(使能端),，因此等效于四端器件,。利用使能端可從外部關(guān)斷MOSFET，并且在快速上電時(shí)輸出電壓無過沖現(xiàn)象,、掉電時(shí)MOSFET也無頻率倍增現(xiàn)象,。

　　(2)高效、小功率輸出,。選220V交流電源時(shí),，其空載功耗低于60mW。它適宜制作0～10W的小功率,、低成本開關(guān)電源,，比線性穩(wěn)壓電源大約可節(jié)電38%。
　　(3)采用開/關(guān)控制器來代替PWM對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié),。開/關(guān)控制器可等效為脈沖頻率調(diào)制器(PFM),，其調(diào)節(jié)速度比普通的PWM更快，對(duì)紋波抑制能力更強(qiáng),。
　　(4)與TOPSwitch－II相比,，它在電路設(shè)計(jì)上頗具特色。第一,，交流輸入端可省掉EMI濾波器,；第二，初級(jí)保護(hù)電路不需使用TVS,，僅用RC電路即可吸收尖峰電壓,；第三，不用反饋線圈及相關(guān)電路,，也不加回路補(bǔ)償元件,；第四，芯片內(nèi)部增加了使能檢測與邏輯電路,。
3.2 TinySwitch的應(yīng)用
　　該系列產(chǎn)品適合制作手機(jī)電池恒壓恒流充電器,、IC卡付費(fèi)電度表中的小型開關(guān)電源模塊，以及微機(jī),、彩電,、攝錄像機(jī)等高檔家用電器中的待機(jī)電源。例如,，目前生產(chǎn)的大屏幕彩電均具有待機(jī)功能,，使用遙控器關(guān)閉電源之后，即進(jìn)入待機(jī)狀態(tài),。此時(shí)彩電中開關(guān)電源的功率開關(guān)管呈關(guān)斷狀態(tài),，改由待機(jī)電路繼續(xù)給CPU供電，使整機(jī)功耗降至最低。由TNY253P可構(gòu)成5V,、1.3W的彩電待機(jī)電源,。它利用彩電主電源產(chǎn)生的直流高壓作輸入電壓VI，VI的允許范圍是120～375V(視彩電型號(hào)而定),，而VO＝+5V,。使用一片TNY255P則可構(gòu)成PC機(jī)的5V、2A待機(jī)電源,。由TNY254P構(gòu)成的+6.7V,、3.6W手機(jī)電池恒壓、恒流充電器,，能在85～265V交流輸入電壓范圍內(nèi),，對(duì)6V鎳氫(NiMH)電池充電。此外,，TinySwitch還適合制作小型家電(如隨身聽)的適配器(adapter),，將220V交流電源變成所需直流穩(wěn)壓電源。這種適配器不僅沒有笨重的變壓器,，而且效率高,、體積小、穩(wěn)壓性能好,，能完全取代目前市售的各種插頭式AC/DC變換器,。
4 MC33370系列五端單片開關(guān)電源
　　MC33370系列包括MC33369～MC33374五種規(guī)格、17種型號(hào),。以TO－220五腳直彎式封裝為例,，其產(chǎn)品分類見表3。表中的RDS(ON)表示漏－源極導(dǎo)通電阻,，ID(PK)代表漏極峰值電流,。