新聞中心

EEPW首頁 > 電源與新能源 > 設(shè)計應(yīng)用 > 新型高功率單片高壓開關(guān)TOP-GX系列穩(wěn)壓電源的研究

新型高功率單片高壓開關(guān)TOP-GX系列穩(wěn)壓電源的研究

作者: 時間:2006-05-07 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:第三代單片高壓開關(guān)TOP-GX系列比第二代單片高壓開關(guān)TOP系列有了較大改進,它不僅使輸出功率擴展到了250W,而且還增加了很多內(nèi)置以及用戶可配置的功能,從而使應(yīng)用可開發(fā)為員可靈活地以最低的系統(tǒng)成本完成優(yōu)化的電源設(shè)計。文中介紹了POWER INTEGRATION公司生產(chǎn)的TOP-GX系列開關(guān)的特點、功能和注意事項,并對其設(shè)計中應(yīng)注意的問題和步驟作了詳細描述。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/233454.htm

關(guān)鍵詞:單片開關(guān) 高功率 穩(wěn)壓電源 TOP-GX系列

1 概述

人們對第二代單片高壓開關(guān)TOP系列應(yīng)用于開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計已作為廣泛深入的研究。目前POWER INTEGRATION公司又推出第三代單片高壓開關(guān)TOP-GX系列IC,它除了具有TOP switch IC在單一CMOS芯片上集成了高壓功率MOSFET、PWM控制、故障檢測及其它控制電路外,還在片內(nèi)集成了很多內(nèi)置的以及用戶可配置的功能,因而比第二代單片高壓開關(guān)TOP系列有了較大的改進。第三代單片高壓開關(guān)TOP-GX系列IC的主要特性有:

●輸出功率范圍寬:5~250W(各型號所對應(yīng)的輸出功率如表1所列);

●集成了多種內(nèi)置功能;

●具有軟啟動功能:可降低開啟時的超調(diào)以及對元器件的沖擊;

●可采用頻率抖動來降低EMI的峰值干擾;

●具有較高的占空比,允許更大功率和使用較小的輸入電容;

●具有零負載調(diào)節(jié)能力,因而輕載時效率很高,另外,其待機時的功耗也非常低;

●具有滯后過熱關(guān)斷功能,可使器件自動進行故障恢復(fù);

●增設(shè)的用戶可配置引腳可用于檢測電網(wǎng)過、欠電壓以及設(shè)置外部電流限制和選擇兩種開關(guān)頻率(132kHz和66kHz)。具有電網(wǎng)欠壓保護、過壓關(guān)斷,以及電路電壓前饋功能,可降低輸出紋波并在高輸入電壓時最大限度地減小占空比;

●通過外部電流限制引腳可以精確地減小高壓MOSFET電流,從而廉價地實現(xiàn)高效率;

●采用ECOSMART技術(shù),該技術(shù)在待機及電源無負載條件下可以節(jié)約能源;

●具有遠程ON/OFF功能,可通過遙控方式控制電源的開閉并實現(xiàn)外同步,從而達到降低功耗的目的;

●在低負載時,可自動降低工作頻率。

由于TOP switch-GX系列大功率單片高壓開關(guān)具有以上諸多特點,因此可廣泛用于中功率的開關(guān)穩(wěn)壓電源中。它不僅電路簡單,而且可靠性高,所以在中功率電子設(shè)備系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

表1 TOP-GX系列開關(guān)IC輸出功率

輸 出 功 率 表
產(chǎn)品型號230VAC±15%85~256VAC
TOP242P or G9~15W6.5~10W
TOP242Y10~22W7~14W
TOP243P or G13~25W9~15W
TOP243Y20~45W15~30W
TOP244P or G16~30W11~20W
TOP244Y30~65W20~45W
TOP245Y40~85W26~60W
TOP246Y60~125W40~90W
TOP247Y85~165W55~125W
TOP248Y105~205W70~155W
TOP249Y120~250W80~180W

2 管腳功能

TOP switch-GX系列開關(guān)的管腳排列如圖1所示,該系列有Y型封裝和P、G封裝兩種結(jié)構(gòu)。從圖上看出:對于Y封裝的TOP switch-GX系列開關(guān),其D、C、S管腳與原TOP switch系列開關(guān)的命名完全一樣,分別為漏極、控制極和源極,而新增加的管腳有L、X和F等,各管腳的功能說明如下:

L:為輸入電壓的欠壓與過壓檢測端,該端同時還具有遠程遙控功能。若在L端與輸入電壓正端接入2MΩ的電阻,那么,其欠壓保護值為:

Vuv=IuvRL=100VDC

過壓保護值為:Vou=IovRL=450VDC

圖2所示為Y封裝器件組成的電網(wǎng)電壓檢測和外部電流設(shè)定電路。

此外,只要在L、C端之間加一個三極管或未免電耦合器也可以實現(xiàn)遠程遙控功能。具體電路如圖3所示。

X:外部電路流定調(diào)整端。在X端與源極之間接入不同的電阻,則開關(guān)電流可限定在不同的數(shù)值。若R1=12kΩ,則流過開關(guān)的電流被設(shè)定為額定值的69%;若R1=6kΩ,則為額定值的90%;也就是說,隨著R1值的增大,開關(guān)允許流過的電流隨之減小。

F:開關(guān)頻率選擇端。當F端接到源極時,其開關(guān)頻率為132kHz,而當F端接到控制端時,其開關(guān)頻率為66kHz。

此外,TOP switch-GX系列開關(guān)也可以當作一般的三端TOP器件使用,只要在使用時將L、X、F端同時與源極相接即可。但此時新增用戶可配置的功能將全部失效。

P、G封裝的TOP switch-GX系列開關(guān)沒有X、F端,但新增有M端,其功能與Y封裝中的L端的功能相同。

3 TOP switch-GX系列開關(guān)穩(wěn)壓電源

現(xiàn)以250W/48V穩(wěn)壓電路的設(shè)計為例,來說明TOP switch-GX系列開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計要求和主要步驟。

3.1 設(shè)計要求

輸入電壓:250V~380V DC;

輸出電壓:48V;

輸出電流:5.2A;

電網(wǎng)調(diào)整率:±1%。

3.2 設(shè)計步驟

根據(jù)上述設(shè)計要求,首先設(shè)計該開關(guān)穩(wěn)壓電源的具體電路。圖4所示是一個250W/48V穩(wěn)壓電源的電路原理圖,其設(shè)計步驟如下:

(1)器件選擇

根據(jù)設(shè)計要求和表1所列的輸出功率,可選擇TOP249Y作為開關(guān)器件。這時TOP249Y將工作在輸出功率的上限,電流設(shè)定在最大值,即將X端直接與源極相連。而過壓值設(shè)定在450VDC,若輸入電壓超過此值,則TOP switch-GX開關(guān)將自行關(guān)斷,直到輸出電壓恢復(fù)正常后,開關(guān)又自行重新啟動。頻率選擇端F也與源極直接相連,此時開關(guān)工作頻率將設(shè)定為132kHz。

(2)脈沖變壓器的設(shè)計要求

因電源的輸出功率較大,故脈沖變壓器的漏感應(yīng)盡可能地小,特別是在低壓大電流的情況下更應(yīng)如此。脈沖變壓器的初、次級繞組應(yīng)相間繞制。即使這樣,脈沖變壓器漏感儲存的能量仍有可能超過瞬態(tài)抑制二極管VR1的功率容量,因此應(yīng)將R2、R3和C2與VR1并聯(lián),從而使漏感中的能量能夠部分地消耗在R2、R3上,以保證VR1的工作可靠性;同時又可將電壓鉗位在200VDC,這樣可保證TOP switch-GX開關(guān)在電源啟動與過載條件下,使內(nèi)部MOSFET的漏極電壓低于700VDC。

(3)電源次級電路設(shè)計

電源次級整流管在低輸出電壓情況下,一般采用肖特基二極管來減小其損耗。而當輸出電壓較高時,則需要采用快恢復(fù)二極管來完成此項任務(wù)。(可參見圖4中D2);如果開關(guān)頻率較高,則應(yīng)進一步采用超快恢復(fù)二極管作整流管,以減小其反向電流對初級的影響。

濾波電容C7的容量應(yīng)滿足輸出電壓紋波的要求,L1及C8應(yīng)能有效地濾除開關(guān)所產(chǎn)生的噪聲影響。

反饋調(diào)整電路可采用光耦和穩(wěn)壓二極管組成的固定基準調(diào)整電路,圖4中采用VR2、VR3、VR4三只穩(wěn)壓二極管串聯(lián)作為基準以獲得所需要的48V輸出電壓,R5為光耦的限流電阻,該電阻的使用不影響電路中檢測環(huán)路的增益。由二極管D4和電容C11組成次級緩沖電路,可用于在啟動瞬間檢測光耦的輸出電流,從而改變控制端C的電流以實現(xiàn)預(yù)調(diào)整,從而確保電源在低電網(wǎng)電壓和滿載啟動時達到規(guī)定的調(diào)整值。R7用于為電容C11提供放電通路;C10,R6為檢測環(huán)路的補償電路;D3,C9用來為反饋電路提供電源。

4 設(shè)計中應(yīng)注意的問題

TOP switch-GX系列開關(guān)電源如果設(shè)計合理,一般都比較容易滿足設(shè)計要求;但如果設(shè)計不當,則會出現(xiàn)一些不正?,F(xiàn)象。因此,在具體設(shè)計時,應(yīng)注意以下事項:

(1)脈沖變壓器的初級電感值要適當,一般在300μH到3000μH之間。輸出功率較大時應(yīng)取下限;反之則應(yīng)取上限。變壓器的初級電感不能太小,否則會造成TOP switch-GX系列開關(guān)中MOSFET的漏極電流過大而使損耗增加,同時易造成過流保護而使電源難以啟動。同樣,初級電感也不能太大,過大則不能滿足輸出功率的要求。

(2)在選擇輸出濾波電容時,該電容等效串聯(lián)電阻應(yīng)盡可能的小,特別是在低壓大電流的情況下更是如此,否則會由于電容損耗的增大而導(dǎo)致電源可靠性的降低。

(3)反饋光耦輸出端應(yīng)靠近控制端C,控制端C的濾波電容應(yīng)靠近源極;另外多功能端L、X、F或M與源極之間的連接線也應(yīng)盡可能的短,同時還應(yīng)當遠離漏極,以減小電源噪聲。

5 結(jié)論

POWER INTEGRATION公司的第三代TOP switch-GX系列開關(guān)器件增加了許多功能,同時輸出功率也有較大提高。實踐證明,用第三代TOP switch-GX系列開關(guān)器件設(shè)計開關(guān)穩(wěn)壓電源,其電路結(jié)構(gòu)更加簡單,抗干擾性能更好,可靠性更高,因此,在中功率電子設(shè)備中有著更廣泛的應(yīng)用前景。



評論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉