單片開關電源原理及應用

3.212.5V/25W精密開關電源

12.5V/25W精密開關電源原理圖如圖3所示。由TOP204構成隔離式＋12.5V、2A（25W）開關電源電路，該電源的特性為：當交流輸入電壓U從85V變化到265V時，電壓調整率為±0.2％；當負載電流從10％(0.2A)變化到100％(2A)時，負載調整率也達±0.2％，可與線性集成穩(wěn)壓電源相媲美。該電路的主要特點是利用一片TL431(IC3)與光電耦合器(IC2)構成外部誤差放大器。它再與片內誤差放大器配合使用，對控制電流進行精細調整，從而大大提高了穩(wěn)壓性能。

4結語

由于TOP芯片內部完全集成了SMPS的全部功能，所以利用它設計出的開關電源周期短，成本低，對于小功率電源，簡單，體積小，重量輕。隨著TOP開關系列的不斷發(fā)展與改進，其在開關電源及其它應用領域中必將有著更加燦爛的前景。

~成都610031)

沈陽鐵路局 李海波 (沈陽110001)

1前言

開關電源自20世紀70年代開始應用以來，涌現(xiàn)出許多功能完備的集成控制電路，使開關電源電路日益簡化，工作頻率不斷提高，效率大大提高，并為電源小型化提供了廣闊的前景。三端離線式脈寬調制單片開關集成電路TOP(Threeterminaloffline)將PWM控制器與功率開關MOSFET合二為一封裝在一起，已成為開關電源IC發(fā)展的主流。采用TOP開關集成電路設計開關電源，可使電路大為簡化，體積進一步縮小，成本也明顯降低。

2TOP開關結構及工作原理

2.1結構

TOP開關集各種控制功能、保護功能及耐壓700V的功率開關MOSFET于一體，采用TO220或8腳DIP封裝。少數(shù)采用8腳封裝的TOP開關，除D、C兩引腳外，其余6腳實際連在一起，作為S端，故仍系三端器件。三個引出端分別是漏極端D、源極端S和控制端C。其中，D是內裝MOSFET的漏極，也是內部電流的檢測點，起動操作時，漏極端由一個內部電流源提供內部偏置電流?？刂贫薈控制輸出占空比，是誤差放大器和反饋電流的輸入端。在正常操作時，內部的旁路調整端提供內部偏置電流，且能在輸入異常時，自動鎖定保護。源極端S是MOSFET的源極，同時是TOP開關及開關電源初級電路的公共接地點及基準點。

2.2工作原理

TOP包括10部分，其中Zc為控制端的動態(tài)阻抗，RE是誤差電壓檢測電阻。RA與CA構成截止頻率為7kHz的低通濾波器。主要特點是：

（1）前沿消隱設計，延遲了次級整流二級管反向恢復產生的尖峰電流沖擊；

（2）自動重起動功能，以典型值為5％的自動重起動占空比接通和關斷；

（3）低電磁干擾性（EMI），TOP系列器件采用了與外殼的源極相連，使金屬底座及散熱器的dv/dt=0，從而降低了電壓型控制方式與逐周期峰值電流限制;

（4）電壓型控制方式與逐周期峰值電流限制。

下面簡要敘述一下：

（1）控制電壓源

控制電壓Uc能向并聯(lián)調整器和門驅動極提供偏置電壓，而控制端電流Ic則能調節(jié)占空比?？刂贫说目傠娙萦肅t表示，由它決定自動重起動的定時，同時控制環(huán)路的補償，Uc有兩種工作模式，一種是滯后調節(jié)，用于起動和過載兩種情況，具有延遲控制作用；另一種是并聯(lián)調節(jié)，用于分離誤差信號與控制電路的高壓電流源。剛起動電路時由DC極之間的高壓電流源提供控制端電流Ic，以便給控制電路供電并對Ct充電。

（2）帶隙基準電壓源

帶隙基準電壓源除向內部提供各種基準電壓之外，還產生一個具有溫度補償并可調整的電流源，以保證精確設定振蕩器頻率和門極驅動電流。

（3）振蕩器

內部振蕩電容是在設定的上、下閾值UH、UL之間周期性地線性充放電，以產生脈寬調制器所需要的鋸齒波（SAW），與此同時還產生最大占空比信號(Dmax)和時鐘信號(CLOCK)。為減小電磁干擾，提高電源效率，振蕩頻率（即開關頻率）設計為100kHz，脈沖波形的占空比設定為D。

（4）放大器

誤差放大器的增益由控制端的動態(tài)阻抗Zc來設定。Zc的變化范圍是10Ω～20Ω，典型值為15Ω。誤差放大器將反饋電壓UF與5.7V基準電壓進行比較后，輸出誤差電流Ir，在RE上形成誤差電壓UR。

（5）脈寬調制器（PWM）

脈寬調制器是一個電壓反饋式控制電路，它具有兩層含義。第一、改變控制端電流Ic的大小，即可調節(jié)占空比D，實現(xiàn)脈寬調制。第二、誤差電壓UR經由RA、CA組成截止頻率為7kHz的低通濾波器，濾掉開關噪聲電壓之后，加至PWM比較器的同相輸入端，再與鋸齒波電壓UJ進行比較，產生脈寬調制信號UB。

（6）門驅動級和輸出級

門驅動級（F）用于驅動功率開關管(MOSFET)，使之按一定速率導通，從而將共模電磁干擾減至最小。漏蒼吹紀ǖ繾櫨氬品型號和芯片結溫有關。MOSFET管的漏蒼椿鞔┑繆U(bo)ds≥700V。