TOPSwitch—GX在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用
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摘要：TOPSwitch—GX器件是一種PWM/MOSFET二合一的新型集成芯片，它采用與TOPSwitch相同的電路，擴(kuò)展了TOPSwitch系列的功率范圍，還集成了多項(xiàng)新功能。介紹了一種用TOP249Y設(shè)計(jì)的封閉式電源，使用了TOPSwitch—GX的線路檢測(cè)功能和外部限流功能，設(shè)計(jì)新穎，具有一定的實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：TOPSwitch—GX器件；線路檢測(cè)；外部限流
1引言
從20世紀(jì)70年代以來(lái)，大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，使開(kāi)關(guān)電源有了質(zhì)的飛躍，掀起了電源產(chǎn)品高頻化、小型化、模塊化的浪潮。對(duì)于200W以下的開(kāi)關(guān)電源，與其它電路相比，應(yīng)用TOPSwitch所需的元器件最少。目前開(kāi)關(guān)電源的體積主要還是由電容、電感和變壓器等儲(chǔ)能元件決定，而應(yīng)用TOPSwitch系列器件的電路簡(jiǎn)捷，體積小，重量輕，自保護(hù)功能齊全，設(shè)計(jì)方便。TOPSwitch—GX采用與TOPSwitch相同的拓?fù)潆娐?，將高壓功率MOSFET、脈寬調(diào)制（PWM）控制器、故障自動(dòng)保護(hù)和其它控制電路集成到單片CMOS芯片中，工作頻率提高到132kHz。TOPSwitch—GX系列最大輸出功率見(jiàn)表1。
TOPSwitch—GX不僅擴(kuò)展了TOPSwitch系列的功率范圍，將單電壓輸入時(shí)的最大功率提高到250W，還集成了多項(xiàng)新功能，可以降低系統(tǒng)成本，提高設(shè)計(jì)的靈活性、性能和效能。TOPSwitch?GX除了標(biāo)準(zhǔn)的漏極、源極和控制極外，不同封裝的TOPSwitch—GX還另有1至3個(gè)引腳，這些引腳的不同配置可以實(shí)現(xiàn)不同功能，包括線路檢測(cè)（過(guò)壓/欠壓，電壓前饋/降低DCmax）和外部精確設(shè)定限流等。TOPSwitch—GX器件Y封裝的內(nèi)部電路見(jiàn)圖1。
2TOPSwitch?GX特殊引腳的使用
TOPSwitch—GX是與TOPSwitch一樣的集成式開(kāi)關(guān)電源芯片，能將控制引腳輸入電流轉(zhuǎn)化為高壓功率MOSFET輸出的占空比，正常工作情況下，功率MOSFET的占空比隨控制引腳電流的增加而減小。它除了象三端TOPSwitch一樣，具有高壓?jiǎn)?dòng)、逐周期流限、回路補(bǔ)償電路、自動(dòng)重啟動(dòng)、熱關(guān)斷等，還增加了實(shí)現(xiàn)某些新功能的引腳——頻率、線路保護(hù)和外部限流（Y封裝），當(dāng)它們與源極引腳短接時(shí)，能使TOPSwitch—GX以類似TOPSwitch的三端模式工作。
2．1線路檢測(cè)引腳
線路檢測(cè)引腳（L）可提供四種功能：OV、UV、減低DCmax的線路前饋和遠(yuǎn)程開(kāi)/關(guān)。將此引腳和源極引腳短接可禁用這四種功能。通常通過(guò)連接到線路檢測(cè)引腳和經(jīng)整流的高壓直流總線間的電阻來(lái)檢測(cè)輸入電壓，并實(shí)現(xiàn)過(guò)壓（OV）、欠壓（UV）、減低DCmax的線路前饋功能。在此模式下，電阻值確定OV/UV電壓門限值，而且DCmax從電路電壓剛超過(guò)欠壓門限值時(shí)開(kāi)始線性減小。圖2為實(shí)現(xiàn)欠壓、過(guò)壓和線路前饋的線路檢測(cè)引腳的典型使用方法。
2．2外部限流引腳
使用外部限流引腳（X）可獲得兩種功能：外部限流和遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)。將外部限流引腳與源極引腳短接可禁用這兩種功能。在高效應(yīng)用中，將此引腳通過(guò)一電阻和源極引腳相連，可從外部將流限降到接近峰值電流。圖3為外部限流引腳的典型使用方法。
3工作原理
圖4所示電路為單端反激式開(kāi)關(guān)電源，利用了TOPSwitch—GX的某些特性來(lái)降低系統(tǒng)成本，減小電源尺寸，提高效率。此電路采用通用的85～265V交流輸入，輸出12V直流電壓，功率70W。考慮到密封適配器的工作環(huán)境，選用熱損耗最小的TOP249Y。電阻R9和R10從外部將限流值設(shè)定為僅略高于低電壓工作時(shí)的滿載峰值電流，從而允許使用更小的變壓器磁芯，同時(shí)可以避免啟動(dòng)和輸出負(fù)載瞬態(tài)的磁芯飽和。電阻R9和R10還能使限流值隨電壓升高而降低，從而限制高輸入電壓時(shí)的最大過(guò)載功率，并使次級(jí)無(wú)需任何保護(hù)電路。電阻R11實(shí)現(xiàn)欠壓和過(guò)壓檢測(cè)。當(dāng)R11=2MΩ時(shí)，電源在直流電壓達(dá)到100V之后才開(kāi)始工作。在關(guān)斷交流輸入時(shí)，欠壓檢測(cè)防止C1放電時(shí)的輸出干擾，并在輸入直流電壓降到40V以下時(shí)關(guān)斷TOPSwitch—GX。過(guò)壓門限值被設(shè)定為DC450V，當(dāng)超過(guò)此值時(shí)，例如發(fā)生電涌時(shí)，TOPSwitch—GX在電涌期間停止工作，從而使器件可以經(jīng)受700V高壓的沖擊。
電容C11與VR1并聯(lián)以降低齊納箝位損耗，VR1、D1組成緩沖吸收電路，吸收功率器件在關(guān)斷過(guò)程中由于變壓器漏感產(chǎn)生的電壓尖峰過(guò)沖。電路的工作頻率為132kHz，可用PQ26/20磁芯提供70W功率。為了調(diào)節(jié)輸出，用光耦（U2）和次級(jí)基準(zhǔn)一起，通過(guò)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)（U3，R4，R5，R6）檢測(cè)輸出電壓。D3和C12對(duì)偏置繞組的輸出進(jìn)行整流和濾波，R8實(shí)現(xiàn)漏感尖峰濾波，使偏置電壓在輸出負(fù)載變化很大時(shí)仍能保持恒定，為了改善抵抗共摸電涌的能力，偏置繞組的共摸電路直接與直流大電容（C1）相連。
4設(shè)計(jì)考慮
為了使設(shè)計(jì)達(dá)到最佳性能指標(biāo)，尚需對(duì)TOPSwitch?GX的設(shè)計(jì)參數(shù)有全面的了解。
4．1選擇適當(dāng)?shù)腡OPSwitch—GX器件
在應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)所需的最大輸出功率、效率、散熱約束來(lái)選擇最適當(dāng)?shù)腡OPSwitch—GX。由于可以選擇外部降低流限，在需要更高效率或散熱條件很差的低功率應(yīng)用中，可以選用較大的TOPSwitch—GX器件。
4．2輸入電容
輸入電容能提供TOPSwitch?GX所需的最小直流電壓，以保證最低額定輸入電壓和最大輸出功率條件下電壓受控。由于TOPSwitch?GX的DCmax比TOPSwitch?Ⅱ的高，它可以使用更小的輸入電容。對(duì)TOPSwitch?GX而言，通常輸入電容可按2μF/W來(lái)選取。
參考文獻(xiàn)
[1]PowerIntergrationsINC.TOP242—249TOPSwitch?GX.
[2]張占松,蔡宣三編著.開(kāi)關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)[M].電子工業(yè)出版社，1998.
評(píng)論