基于TOPSwitchⅡ的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

摘　要: TOPSwitch Ⅱ系列芯片是Power Integration 公司生產(chǎn)的開(kāi)關(guān)電源專用集成電路,他將脈寬調(diào)制電路與高壓MOSFET 開(kāi)關(guān)管及驅(qū)動(dòng)電路等集成在一起,具備完善的保護(hù)功能。使用該芯片設(shè)計(jì)的小功率開(kāi)關(guān)電源,可大大減少外圍電路,降低成本,提高可靠性。介紹其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理,給出幾種應(yīng)用于反激式功率變換電路的典型用法,并給出一種反激式開(kāi)關(guān)電源的實(shí)用電路。

關(guān)鍵詞:開(kāi)關(guān)電源; TOPSwitch Ⅱ;反激;高壓MOSFET 開(kāi)關(guān)管

　引　言

功率開(kāi)關(guān)管、PWM 控制器和高頻變壓器是開(kāi)關(guān)電源必不可少的組成部分。傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源一般均采用分立的高頻功率開(kāi)關(guān)管和多引腳的PWM 集成控制器,例如采用UC3842 + MOSFET 是國(guó)內(nèi)小功率開(kāi)關(guān)電源中較為普及的設(shè)計(jì)方法。

90 年代以來(lái),出現(xiàn)了PWM/ MOSFET 二合一集成芯片,他大大降低了開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,減少了開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)所需的時(shí)間,從而加快了產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的速度。二合一集成控制芯片多采用3 腳,4 腳,5 腳,7 腳和8 腳封裝,其中美國(guó)功率集成公司于97 年推出的三端脫線式TOPSwitch Ⅱ系列二合一集成控制器件,是該類器件的代表性產(chǎn)品。

TOPSwitch Ⅱ器件簡(jiǎn)介

TOPSwitch 系列器件是三端脫線式PWM 開(kāi)關(guān)( Three-terminal Off-line PWM Swtich ) 的英文縮寫。TOPSwitch 系列器件僅用了3 個(gè)管腳就將脫線式開(kāi)關(guān)電源所必需的具有通態(tài)可控柵極驅(qū)動(dòng)電路的高壓N 溝道功率的MOS 場(chǎng)效應(yīng)管,電壓型PWM 控制器,100 kHz 高頻振蕩器,高壓?jiǎn)?dòng)偏置電路,帶隙基準(zhǔn),用于環(huán)路補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)偏置調(diào)整器以及誤差放大器和故障保護(hù)等功能全部組合在一起了。

TOPSwitch Ⅱ系列器件是TOPSwitch 的升級(jí)產(chǎn)品,同后者相比,內(nèi)部電路做了許多改進(jìn),器件對(duì)于電路板布局以及輸入總線瞬變的敏感性大大減少,故設(shè)計(jì)更為方便,性能有所增強(qiáng)。其型號(hào)包括TOP221～ TOP227 ,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

漏極　連接內(nèi)部MOSFET 的漏極,在啟動(dòng)時(shí),通過(guò)內(nèi)部高壓開(kāi)關(guān)電流源提供內(nèi)部偏置電流。

源極　連接內(nèi)部MOSFET 的源極,是初級(jí)電路的公共點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)。

控制極　誤差放大電路和反饋電流的輸入端。在正常工作時(shí),由內(nèi)部并聯(lián)調(diào)整器提供內(nèi)部偏流。系統(tǒng)關(guān)閉時(shí),可激發(fā)輸入電流,同時(shí)也是提供旁路、自動(dòng)重啟和補(bǔ)償功能的電容連接點(diǎn)。

控制電壓　控制極的電壓V c 給控制器和驅(qū)動(dòng)器供電或提供偏壓。接在控制極和源極之間的外部旁路電容CT ,為柵極提供驅(qū)動(dòng)電流,并設(shè)置自動(dòng)恢復(fù)時(shí)間及控制環(huán)路的補(bǔ)償。在正常工作(輸出電壓穩(wěn)定) 時(shí),反饋控制電流給V c供電,并聯(lián)穩(wěn)壓器使V c 保持在4. 7 V。在啟動(dòng)時(shí),控制極的電流由內(nèi)部接在漏極和控制極之間的高壓開(kāi)關(guān)電流源提供?？刂茦O電容CT放電至閾值電壓以下時(shí),輸出MOSFET 截止,控制電路處于備用方式。此時(shí)高壓電流源接通,并再次給電容CT 充電。通過(guò)高壓電流源的接通和斷開(kāi),使V c 保持在4. 7～5. 7 V 之間。

帶隙基準(zhǔn)　TOPSwitch Ⅱ內(nèi)部電壓取自具有溫度補(bǔ)償?shù)膸痘鶞?zhǔn)電壓。此基準(zhǔn)電壓也能產(chǎn)生可微調(diào)的溫度補(bǔ)償電流源,用來(lái)精確地調(diào)節(jié)振蕩器的頻率和MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)電流。

振蕩器　內(nèi)部振蕩器通過(guò)內(nèi)部電容線性地充放電,產(chǎn)生脈寬調(diào)制器所需的鋸齒波電壓。為了降低EMI 并提高電源的效率,振蕩器額定頻率為100 kHz 。