中心議題：

• 集成開關(guān)電源的發(fā)展簡況
• TOPSwitch-11系列三端單片開關(guān)電源介紹
• TinySwitch系列四端開關(guān)電源介紹
• MC33370系列五端單片開關(guān)電源

單片開關(guān)電源集成電路具有高集成度,、高性價比,、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,。它于90年代中,、后期相繼問世后，便顯示出強大的生命力,，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)電源沿著下述兩個方向不斷發(fā)展。第一個方向是對開關(guān)電源的核心單元——控制電路實現(xiàn)集成化,。1997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（SiliconGeneral）,、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,。第二個方向則是對中,，小功率開關(guān)電源實現(xiàn)單片集成化。這大致分兩個階段：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,。其特點是將脈寬調(diào)制器、功率輸出級,、保護電路等集成在一個芯片中,，使用時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,，被人們譽為“頂級開關(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（HighVoltagePowerSwitchingRegulator）,。目前,，單片開關(guān)電源已形成四大系列、近70種型號的產(chǎn)品,。

２TOPSwitch-11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~227Y（TO-220封裝），TOP221P~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,。

2.1TOPSwitch-11的性能特點

(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,、過流保護電路、過熱保護及上電復(fù)位電路,、關(guān)斷／自動重啟動電路,。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*,。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、偏置及保護功能,，C,、D均屬多功能引出端，實現(xiàn)了一腳多用,。以控制端為例,，它具有三項功能：①該端電壓VC為片內(nèi)并聯(lián)調(diào)整器和門驅(qū)動級提供偏壓；
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重啟動／補償電容的連接點,，通過外接旁路電容來決定自動重啟動的頻率，并對控制回路進行補償,。

(3)輸入交流電壓的范圍極寬,。作固定電壓輸入時可選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℃。
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(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VOT時,，經(jīng)過光耦反饋電路就使Ic↑→誤差電壓Vrt→D↓→Vo↓,，使Vo保持不變。反之亦然,。
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(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,、初級保護電路、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、移動電話,、電視機,、VCD和DVD、攝錄像機,、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)補償器等,。

2.3電路設(shè)計要求
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(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)計精密開關(guān)電源時，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Sl均可達±0.2%左右,，接近于線性集成穩(wěn)壓電源的指標(biāo)。
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(2)?wèi)?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,，不推薦采用4N25、4N35等4N××型普通光耦,。后者的線性度差,，傳輸模擬信號時會造成失真，影響開關(guān)電源的穩(wěn)壓性能,。
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(3)高頻變壓器的初級必須設(shè)置保護電路,，用以吸收漏感引起的尖峰電壓，確保MOSFET不被損壞。這種保護電路應(yīng)并聯(lián)在初級上,，具體有4種設(shè)計方案：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,。方案②次之。
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(4)使用芯片時需加合適的散熱器,。對于TO-220封裝,，可直接裝在小散板上。對于DIP-8和SMD-8封裝的可將4個源極焊在面積為2.3 的印制板敷銅箔上代替散熱片,。
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(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，需在電源進線端增加一級電磁干擾濾波器（EMIfilter）亦稱電源噪聲濾波器（PNF）,。
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(6)使用此類芯片時,，源極引線要盡量短。為使空載或輕載時輸出電壓穩(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。

３TinySwitch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)電源增加一個使能端,，使用更加方便靈活。TinySwitch系列性優(yōu)價廉,，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,。

3.1TinySwitch的性能特點
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(1)TinySwitch有DIP-8、SMD-8兩種封裝形式,、6種型號,。產(chǎn)品分類見表2。

盡管采用8腳封裝,，實際上只有四個腳：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，并且在快速上電時輸出電壓無過沖現(xiàn)象,、掉電時MOSFET也無頻率倍增現(xiàn)象,。
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(2)高效、小功率輸出,。選220V交流電源時,，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%。
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(3)采用開／關(guān)控制器來代替PWM對輸出電壓進行調(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，對紋波抑制能力更強,。
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(4)與TOPSwitch-II相比,，它在電路設(shè)計上頗具特色。第一,，交流輸入端可省掉EMI濾波器,；第二，初級保護電路不需使用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,，也不加回路補償元件,；第四，芯片內(nèi)部增加了使能檢測與邏輯電路,。

3.2TinySwitch的應(yīng)用

該系列產(chǎn)品適合制作手機電池恒壓恒流充電器,、IC卡付費電度表中的小型開關(guān)電源模塊，以及微機,、彩電,、攝錄像機等高檔家用電器中的待機電源。例如,，目前生產(chǎn)的大屏幕彩電均具有待機功能,，使用遙控器關(guān)閉電源之后，即進入待機狀態(tài),。此時彩電中開關(guān)電源的功率開關(guān)管呈關(guān)斷狀態(tài)，改由待機電路繼續(xù)給CPU供電，使整機功耗降至最低,。由TNY253P可構(gòu)成5V,、1.3W的彩電待機電源。它利用彩電主電源產(chǎn)生的直流高壓作輸入電壓 ,， 的允許范圍是120～375V（視彩電型號而定）,，而Vo=+5V。使用一片TNY255P則可構(gòu)成PC機的5V,、2A待機電源,。由TNY254P構(gòu)成的+6.7V、3.6W手機電池恒壓,、恒流充電器,，能在85～265V交流輸入電壓范圍內(nèi)，對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。

4MC33370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,。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。

4.1MC33370的性能特點
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(1)它比TOPSwitch-II增加了電源端（Vcc）和狀態(tài)控制器的輸入端（StateControlinput）,；芯片內(nèi)部增加了欠壓鎖定比較器,、外部關(guān)斷電路和可編程狀態(tài)控制器。其性價比要優(yōu)于TOPSwitch-II,，而外圍電路更趨簡單,。
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(2)利用可編程狀態(tài)控制器及外部模式選擇電路，能實現(xiàn)多種控制方式（包括手動控制,、由微控制器MCU操作,、數(shù)字電路控制、禁止操作等）,，實現(xiàn)工作狀態(tài)與備用狀態(tài)的互相切換,。
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(3)內(nèi)部集成了一只被稱為“敏感場效應(yīng)管（SenseFET）”的電流傳感式功率開關(guān)管,，用它能無功率損耗地實時檢測漏極電流ID的大小，進行過流保護,。
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(4)當(dāng)交流電源為固定值或變化率不超過±20%時,，允許去掉高頻變壓器的反饋線圈以及相關(guān)的高頻濾波電路。這有助于進一步簡化外圍電路,，降低開關(guān)電源的成本,。為滿足特殊應(yīng)用的需要，還可給開關(guān)電源增加軟啟動功能,。

(5)電源效率高,。由它構(gòu)成開關(guān)電源或電源模塊的效率可達80%以上。在備用狀態(tài)下靜態(tài)功耗低至幾十至幾百毫瓦,。
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(6)占空比調(diào)節(jié)范圍更寬,，可達0.1～74%。脈寬調(diào)制增益的典型值為-14%／mA,。芯片的工作結(jié)溫是-40～150℃,，過熱保護溫度定為157℃（TOPSwitch-II僅為135℃）。

4.2MC33370的應(yīng)用

MC33370系列可廣泛用于辦公自動化設(shè)備,、儀器儀表,、無線通信設(shè)備及消費類電子產(chǎn)品中，構(gòu)成高壓隔離式AC/DC電源變換器,。在作特殊應(yīng)用時,，還可去掉高頻變壓器的反饋繞組及快恢復(fù)二極管、濾波電容,，改用穩(wěn)壓管或雙極型晶體管,、MOS管來進行串聯(lián)調(diào)整。此外,，利用這種芯片還能制作高壓步進電源,。