TOPSwitchGX系列第四代單片開關(guān)電源的原理
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3TOPSwitchGX的工作原理
采用Y封裝的TOPSwitchGX系列產(chǎn)品，其內(nèi)部框圖如圖2所示。電路主要由18部分組成：
（1）控制電壓源；
（2）帶隙基準(zhǔn)電壓源；
（3）頻率抖動振蕩器；
（4）并聯(lián)調(diào)整器／誤差放大器；
（5）脈寬調(diào)制器（含PWM比較器和觸發(fā)器）；
（6）過流保護(hù)電路；
（7）門驅(qū)動級和輸出級；
（8）具有滯后特性的過熱保護(hù)電路；
（9）關(guān)斷／自動重起動電路；
（10）高壓電流源；
（11）軟起動電路；
（12）欠壓比較器；
（13）電流極限比較器；
（14）線路比較器；
（15）線路檢測端和極限電流設(shè)定端的內(nèi)部電路；
（16）輕載時自動降低開關(guān)頻率的電路；
（17）停止邏輯；
（18）開啟電壓為1V的電壓比較器。
它與TOPSwitchFX的主要區(qū)別為：新增加了第（16）、（17）、（18）項(xiàng)單元電路；給電流極限調(diào)節(jié)器也增加了軟起動輸出端；將頻率抖動振蕩器產(chǎn)生的開關(guān)頻率提升到132kHz（全頻模式）或66kHz（半頻模式）；給頻率抖動振蕩器增加了一個“停止邏輯”（STOPLOGIC）電路，使之工作更為可靠。TOPSwitchGX的工作原理仍然是利用反饋電流IC來調(diào)節(jié)占空比D，達(dá)到穩(wěn)壓目的。舉例說明，當(dāng)輸出電壓VO降低時，經(jīng)過光耦反饋電路使得IC減小，占空比則增大，輸出電壓隨之升高,最終使VO維持不變。
TOPSwitchGX與TOPSwitchFX的性能比較，詳見表2。下面重點(diǎn)闡述TOPSwitchGX新增功能電路的原理。
3.1輕載時自動降低開關(guān)頻率的電路
對TOPSwitchGX而言，開關(guān)頻率及占空比能隨輸出端負(fù)載的降低而自動減小。其減小量與控制端流入的電流成反比。當(dāng)控制端電流逐漸增大時，占空比能線性地減少到10％，但是當(dāng)負(fù)載很輕時，占空比可低于10％。與此同時，開關(guān)頻率也減少到最小值，以提高開關(guān)電源在輕載下的效率。當(dāng)開關(guān)頻率的正常值（即典型值）為132kHz時，頻率最小值為30kHz，在半頻模式下開關(guān)頻率正常值為132kHz／2=66kHz，此時頻率最小值就降至15kHz。該特性能保證開關(guān)電源在輕載時，仍保持良好的調(diào)節(jié)功能，并且降低了電源的開關(guān)損耗。開關(guān)頻率f和占空比D與控制端電流IC的關(guān)系如圖3所示。
圖3開關(guān)頻率和占空比與控制端電流的關(guān)系曲線
(a)fIC關(guān)系曲線(b)DIC關(guān)系曲線
| 功能 | TOPSwitchFX | TOPSwitchGX | TOPSwitchGX |
|---|---|---|---|
| 輕載時的工作方式 | 跳過周期 | 降低開關(guān)頻率及占空比 | ·提高輕載下的電源效率·降低空載損耗 |
| Y封裝將線路檢測、外部極限電流設(shè)定分成兩個引腳：L，X | 線路檢測及外部極限電流設(shè)定合并成一個引腳（M），用戶只能從中選用一種功能 | 能同時實(shí)現(xiàn)過壓和欠壓保護(hù)、電壓前饋、遙控和外部設(shè)定極限電流等多項(xiàng)功能 | ·外部設(shè)計(jì)更加靈活，允許同時運(yùn)用各種功能 |
| 極限電流設(shè)定范圍 | （40％～100％）ILIMIT | （30％～100％）ILIMIT | ·設(shè)定范圍更寬，可設(shè)計(jì)在連續(xù)模式下，減小高頻變壓器的尺寸 |
| P封裝的極限電流 | 與Y封裝相同 | TOP243P和TOP244P降低了內(nèi)部極限電流偏差的余量 | ·在低電壓時，能減小輸出端的交流紋波電壓·在低功耗下允許工作在更加連續(xù)的模式 |
| Y封裝的極限電流 | 100％ | 90％（與RSD（ON）相同） | ·減小變壓器尺寸·對用戶更加方便 |
| 熱關(guān)斷溫度及滯后溫度 | 125℃（滯后溫度為70℃） | 130℃（滯后溫度為75℃） | ·在高溫應(yīng)用時允許輸出較大的功率 |
| 最大占空比時的開啟電流 | 90μA | 60μA | ·在低電壓時，降低輸出電壓頻率的波動·降低Dmax，優(yōu)化設(shè)計(jì) |
| 電網(wǎng)電壓過低時的負(fù)向關(guān)斷閾值 | —— | 等于正向（開啟）閾值的40％ | ·當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時，能提供精確的關(guān)斷閾值電壓 |
| 軟起動時間 | 10ms（僅控制占空比） | 10ms（能同時限制占空比和極限電流） | ·在軟起動時逐漸增加極限電流和占空比，能進(jìn)一步降低峰值電壓和電流·在起動時可減輕元器件的負(fù)擔(dān) |
表2TOPSwitchGX與TOPSwitchFX的性能比較
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