新型芯片T0P224P在开关电源中的应用

1、保定科技职业学院毕业设计（论文）保定科技职业学院 学生毕业设计（论文）题目：新型开关芯片TOP224P在开关电源中的应用作 者：高寒飞 学 号：121231009 系 别：机电工程系 专 业：机电一体化 年 级：2012级 指导教师：于拴道 完成日期：2009 年 12 月 23日20目 录摘要关键词1.1 开关电源的概念和分类 . 1 1.1.1开关电源的概念. 1 1.1.2开关电源的分类. 3 1.2 开关电源设计中存在的问题与未来发展. 4 1.2.1开关电源中存在的问题 . 1.2.2开关电源的发展趋势. 12电子相册优点12.1电子相册与传统相册相比的优越性12.2电子相册独特优势

2、13电子相册介绍13.1制作电子相册步骤13.2电子相册图片浏览24电子相册表现形式24.1DVD电子相册是如何诞生的25电子相册功能介绍及操作步骤25.1功能介绍25.2操作步骤2总结4参考文献5致谢6摘 要本文介绍了第二代TOP开关芯片TOP224P的工作原理及功能特点，并叙述了其在双路输出开关电源设计中的具体应用。 关键词：整流滤波占空比1引言 美国TOPSWitch公司生产的第一代TOP开关芯片在开关电源的设计中已得到了广泛应用。目前，该公司又最新推出了第二代开关芯片TOPSWitch-系列，与第一代TOP开关相比，性能有很大提高，AD/DC效率高达90%，并具有输出功率范围大，成本低

3、，集成化程度高，电路设计简单等特点。芯片内的许多电路都作了改进，使开关电源的设计更加容易。本文应用的TOP224P是TOPSWitch-系列中的芯片。 2TOP224P芯片简介 2.1管脚介绍 该芯片由漏极端、控制端、源极端三个管脚组成。 漏极端(DRAIN脚)与输出MOSFET漏极连接。启动时，提供内部偏置电流，控制端(CONTROL脚)控制输出占空比，是误差放大器和反馈电流的输入端。正常工作时，由内部并联稳压器提供内部偏置电流，也可以作电流旁路和自动启动/补偿电路电容的接点，源极端(SOURCE脚)和输出MOSFET的源极连接，也是开关电源初级电路的公共点和参考点。2.2芯片内部工作原理介

4、绍 芯片内部工作原理框图如图1所示。该芯片由MOSFET.PWM控制器、高压启动电路环路补偿和故障保护电路等部分组成。具体工作过程如下：在控制端环路振荡电路的控制下，漏极端有电流输入芯片提供开环输入，该输入通过并联稳压运放误差放大器时，由控制端进行闭环调整，改变IFB，经PWM控制MOSFET的输出占空比，最后达到动态平衡。 图1芯片内部工作原理框图 2.3芯片功能特点介绍 TOP224P是一个自编置、自保护的电流-占空比线性控制转换器。由于采用CMOS工艺，转换效率与采用双集成电路和分立元件相比，偏置电流大大减少，省去了用于电流传导和提供启动偏置电流的外接电阻。在正常工作时，内部MOSFET

5、输出脉冲的占空比随着CONTROL脚电流的增加而线性减少。 TOP224P通过高压电流源的接通和断开，使控制电压VC保持在4.7-5.7V之间。芯片内部电压都取自具有温度补偿的带隙基准电压，能产生可微调的温度补偿电流源，用来精确地调节振荡的频率和MOSFET的栅极驱动电流。振荡器额定频率选为100KHz，可降低EMI，提高电源的效率。栅极驱动电流可逐周限流微调，从而提高精度。 此外，该芯片还有关断/自动重新启动、过热保护等自身保护功能。 3TOP224P在双路输出开关电源设计中的应用 3.1开关电源电路及工作原理 以+5V、+12V、20W双路输出开关电源为例，电路图如图2所示。 图220W双

6、路输出开关电源电路图 交流电源电压经BR1整流和C1滤波后，产生高压直流电压加至变压器T1和初级线圈一端，变压器初级线圈另一端接TOP224P。用VR1和D1来箝位变压器漏电感引脚的脉冲前沿尖峰。通过D3、C9、L3、C10整流滤波，再由7812稳压块进行稳压后，直接得到+12V输出电压。变压器次级线圈通过D2、C2、L1、C3整流滤波后，产生+5V直流输出电压。R2、VR2组成一稳压电路，提高负载调整能力。次级线圈T1-4两端电压经D4、C4整流滤波，提供TOP224P所需的偏置电压。L2、G、C8可以减弱由变压器原端线圈和原端到副端等效容性阻抗产生的高压开关波形引起的共模电流。L2、C6组

7、成电磁干扰滤波器，减弱由变压器原端梯形电流的基波和高次谐波干扰产生的差模电流。C5、R3与控制端阻抗ZC设置自启动周期。3.2开关电源电路主要元件选择 1)开关芯片的选择 TOPSwitceh-系列芯片的选择参考表，如表1所示表1芯片选择参考表 根据输出功率的要求应选择TOP223P或TOP224P，现选择TOP224P。2)高压变压器的选择 变压器原端线圈T1-1电感量依照输出功率选择，20W输出功率、50%占空比时，Lmax=630H， 对于+5V输出电压的副线圈T1-3和原端线圈T1-1的匝数比：其中Vmax=200V(VR1的稳压值的200V)，V0=+5V,Dmax=50%，故线圈匝

8、数比为40。 副端线圈T1-4的匝数和线径与副线圈T1-3一致。 对于+12V输出电压的副线圈T1-2，其线径与T1-3一致，匝数和T1-1匝数比： 其中V0应比+12V至少大2V。 3)VR1的选择 VR1要有足够的功率，在大电流输出的条件下，VR1的峰值电压应比反向输出电压高30V-80V，这里选择P6KE200，峰值电压为287V。 4) 其它重要元件的选择5)6) 5)自启动周期的选择 自启动周期的计算公式： T=8×(2RC)=16(R3+Zc)C5，其中，典型值Zc=15，芯片控制振荡频率f=100KHz，故R3=6.2,C5=47F。 4开关电源输出纹波的抑制 开关电源

9、存在输出纹波大，电磁干扰强等不足，严重影响了开关电源的广泛应用。在图2电路中，C9、L3，C10和C2、L1、C3分别用来抑制来自超高频和高频噪声；U2，TOP224P组成有源低频滤波器，用来抑制输出交流噪声；C7、C8组成共模干扰滤波器，用来抑制寄生参数的共模噪声。在三种滤波器的共同作用下，使开关电源的输出纹波由原来的340mV降为30mV，进一步扩大了开关电源的应用1 开关电源的基本类型 开关电源的分类方法有多种。 按电路的输出稳压控制方式分类可分为脉冲宽度调制（PWM)式、脉冲频率调制(PFM)式和脉冲调频调宽式三种；按触发方式分类可分为自激式开关电源和它激式开关电源；按电路的输出取样方

10、式分类可分为直接输出取样和间接输出取样；按功率开关管的连接方式，可分为单端正激开关电源、单端反激开关电源、半桥开关电源和全桥开关电源；按功率开关管与电源供电、储能电感、稳压电压的输出方式，可分为串联开关电源和并联开关电源等。下面我们介绍几种开关电源。 (1) 单端正激式开关电源 单端正激式开关电源的典型电路如图1-1所示。它与单端反激式电路在形式上相似，但工作情形不同。当开关管VT1导通时, VD2也导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感L储存能量；当开关管VT1截止时，电感L通过续流二极管VD3继续向负载释放能量。 在电路中还设有箝位线圈与二极管VD1，它可以将开关管VT1的最高电压限制在两

11、倍电源电压之间。电路中脉冲的占空比不能大于50%。由于这种电路在开关管VT1导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出50200W的功率。但变压器结构复杂，体积也较大。因此，实际应用并不多。(2) 单端反激式开关电源 单端反激式开关电源的典型电路如图1-2所示。当开关管VT1导通时，输入侧的电能以磁能的形式存储在变压器的初级线圈中，由于同名端的关系，次级侧二极管VD1不导通，负载没有电流流过。当功率开关晶体管VT1断开时，变压器次级绕组以输出电压UO为负载供电，并对变压器进行消磁。单端反激式开关电源电路简单，所用元件少，输出电压即可高于输入电压又可低于输入电压，一般适用在输出

12、功率为200W以下的开关电源中。 (3) 自激式开关稳压电源 自激式开关电源的典型电路如图1-3所示。接入电源后R1给开关管VT1提供启动电流，使VT1导通，其集电极电流Ic在L1中线性增长，在L2中感应出使VT1基极为正，发射极为负的正反馈电压，使VT1很快饱和。同时，感应电压给C1充电。随着C1充电电压的增高，VT1基极电位逐渐变低并退出饱和区，Ic减小，在L2中感应出使VT1基极为负、发射极为正的电压，使VT1迅速截止，这时二极管VD1导通，高频变压器T初级绕组中的储能释放给负载。在VT1截止时，L2中没有感应电压，直流供电输入电压又经R1给C1反向充电，逐渐提高VT1基极电位，使其重新

13、导通，再次达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。像单端反激式开关电源那样，由变压器T的次级绕组向负载输出所需的电压。 自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作用，也省去了控制电路。电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态，具有输入和输出相互隔离的优点。这种电路不仅适用于大功率电源，亦适用于小功率电源。 (4) 推挽式开关电源 推挽式开关电源的典型电路如图1-4所示。它属于双端式变换电路，使用两个开关管VT1和VT2，在外激励方波信号的控制下交替导通与截止，在变压器T次级绕组得到方波电压，经整流滤波变为所需要的直流电压。这种电路的优点是两个开关管容易驱动，缺点是开关管的耐压要达到两倍

14、电路峰值电压。电路的输出功率较大，一般在100500W范围内。 (5) 降压式开关电源 降压式开关电源的典型电路如图1-5所示。当开关管VT1导通时，二极管VD1截止，输入的整流电压经VT1和L向C充电，这一电流使电感L中的储能增加。当开关管VT1截止时，电感L感应出左负右正的电压，经负载RL和续流二极管VD1释放电感L中存储的能量，维持输出直流电压不变。电路输出直流电压的高低由加在VT1基极上的脉冲宽度确定。 6) 升压式开关电源 升压式开关电源的稳压电路如图1-6所示。当开关管VT1导通时，电感L储存能量。当开关管VT1截止时，电感L感应出左负右正的电压，该电压叠加在输人电压上，经二极管V

15、D1向负载供电，使输出电压大于输人电压，形成升压式开关电源。(7) 反转式开关电源 反转式开关电源的典型电路如图1-7所示。这种电路又称为升降压式开关电源，无论开关管VT1之前的脉动直流电压高于或低于输出端的稳定电压，电路均能正常工作。当开关管VT1导通时，电感L储存能量，二极管VD1截止，负载RL靠电容C上次的充电电荷供电。当开关管VT1截止时，电感L中的电流继续流通，并感应出上负下正的电压，经二极管VD1向负载供电，同时给电容C充电。降压式、升压式、反转式开关电源的高压输出电路与副边输出电路之间没有绝缘隔离，统称为斩波型直流变换器。 2.3 开关电源的内部结构图及工作原理 2.3.1 开关

16、电源的内部结构图 开关稳压电源的电路原理框图如图2-1所示。它主要由输入整流滤波电路、功率转换电路、高频变压器、输出整流滤波电路及控制电路部分组成。其中，控制电路又包括取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路组成。 2.3.2 开关电源的基本工作原理 首先，交流电经输入部分整流电路和滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电。然后，该直流电又通过功率转换电路进人高频变压器被转换成所需的电压值，最后再将这个电压经输出部分整流滤波电路的整流、滤波后变为所需要的直流电供给用电设备。这中间，电源的稳压是靠反馈控制电路（控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到电压的稳定输出）来实

17、现的。即:输出电流经取样器送至比较器，使之与基准电压电路中的电流相比较，然后由脉宽调制电路根据比较结果来进行脉宽调制，从而控制功率转换电路中相应功率输出的大小，最后实现输出电压的稳定。目前，这部分电路目前己集成化，制成了各种开关电源的专用集成电路。 2.3.3 脉宽调制式开关电源的基本工作原理 开关电源按控制方式分为调宽式和调频式以及两者混合式。其中，前两者的区别在于：前者通过改变占空比来实现稳压，开关器件导通的周期并不变。而后者恰恰相反。 在目前开发和使用的开关电源电路中，绝大多数为脉宽调制（PWM）型,全称脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation ，PWM）技术，本设计亦

18、采用调宽式控制方法。它通过对脉冲宽度进行调制来获得所需波形（含形状和幅值）。其基本工作原理就是在输入电压、内部参数以及外接负载发生变化的情况下，根据反馈的结果，调节开关器件的脉冲宽度（输出电压的高或低而使占空比相应小或大）使输出电压稳定。 PWM开关电源的控制原理如图2-2所示。当T不变时，直流平均电压 将与脉冲宽度T1成正比。这样，只要设法使脉冲宽度即占空比（在一个周期内T内,开关导通的时间Ton所占整个周期T的比例,称为占空比D,D=Ton/T），就可达到稳定电压的目的。21开关电源模块性能特点与技术指标(1)采用一片TOP224P型三端单片开关电源，配PC817A型光耦合器，构成带稳压管

19、的光耦反馈电路，能将85V265V交流输入电源Ui变换成12V、1.67A的直流稳压输出。(2)电路简单，稳压性能好，成本低。外围电路仅需21个元器件。其电压调整率和负载调整率约为±1，电源效率可达78。在25的环境温度下，可连续输出20W的功率。峰值输出功率为30W。(3)体积小，重量轻。TOP224P利用印刷板上的敷铜箔散热，不需外接散热片。(4)便于对电路进行改进。只需重新设计高频变压器，改变匝数比和增加少量元件，即可实现多路稳压输出或恒流输出。该模块的主要技术指标如下：交流输入电压范围：Ui=85V265V；输入电网频率：fL=(47440)Hz；输出直流电压（IO=1.67

20、A）：UO=12V±5；最大输出电流：IOM=1.67A；连续输出功率：PO=20W(TA=25)，或15W(TA=50)；电压调整率(Ui=85V265V):SV=±1；负载调整率（Io=0.167A1.67A）：SI=±1；效率：=78；输出纹波电压的最大值：±60mV；工作温度范围：TA=050。22电路原理图设计85V265VAC图1 12V、20W开关电源模块的内部电路图2印制板元件布置图图3模块的外特性(a) SVUi; (b)SIIO; (c) Ui(PO=20W)23电路工作原理该电源的内部电路和印制板元件布置，分别如图1,2所示。单面印

21、制板的尺寸为91m×43mm,安装元器件后的最大高度为27mm。电路中使用两片集成电路：三端单片开关电源TOP224P（IC1）、线性光耦合器PC817A（IC2）。交流电源经过UR和C2整流滤波后产生直流高压UI，给高频变压器的一次绕组供电。VS1和VD1能将漏感产生的尖峰电压钳位到安全值，并能衰减振铃电压。VS1采用反向击穿电压为200V的瞬态电压抑制器P6KE200，VD1选用1A/600V的超快恢复二极管UF4005。二次绕组电压通过VD2、C4、L2、和C6整流滤波，获得12V输出电压UO。UO值是由VS2稳定电压UZ2、光耦中发光二极管的正向压降UF、R1上的压降这三者这

22、和来设定的。改变高频变压器的匝数比和VS2的稳压值，还可获得其他输出电压值。R2和VS2还为12V输出提供一个假负载，用以提高轻载时的负载调整率。反馈绕组电压经VD3和C5整流滤波后，供给TOP224P所需偏压。由R2和VS2来调节控制端电流，通过改变输出占空比达到稳压目的。共模扼流圈L1能减小由一次绕组接D端的高压开关波形所产生的共模泄漏电流。C3为保护电容，用于滤掉由一次、二次绕组耦合电容引起的干扰。C1可减小由一次绕组电流的基波与谐波所产生的差模漏电流。C7不仅能滤除加在控制端上的尖峰电流，而且决定了自启动频率，它还与R1、R3一起对控制回路进行补偿。该开关电源模块的SVUi、S1IO、

23、Ui的关系曲线如图3所示。图3(a)示出当IO=1.67A时，电压调整率SV与交流输入电压Ui的关系。图3(b)示出在Ui=230V时负载调整率SI与输出电流IO的关系。图3（c）示出当PO=20W时电源效率与交流输入电压Ui的关系曲线。在上电过程中，直流高压UI建立之后需经地160ms（典型值）的延迟时间，输出电压UO才达到12V的稳定值。UO与UI的时序波形如图4所示。延迟时间t1=(180-20)ms=160ms。图中假定u=212V，UI=2u=300V。若需增加软启动功能以限制开启电源时的占空比，使UO平滑地升高，应在VS2的两端并联一只软启动电容C8（如图1中虚线所示）。C8的容量

24、范围是4.747uF。当C8=4.7uF、10uF、22 uF、47 uF时，所对应的软启动波形如图5所示。上述4种情况下，软启动时间依次为2.5ms、2.5ms、4ms、8ms。在软启动过程中UO是按照一定的斜率升高的，能对TOP224P起到保护作用。断电后C8可通过R2进行放电。图4 UO与Ui的时序波形图5 软起动波形设计印制板时需专门留出一块敷铜区，作为TOP224P的散热板。当PO=20W时，敷铜面积S=8C；PO=15W；S=3.6 C。3开关电源电路主要元件选择3.1开关芯片的选择TOPSwitceh-系列芯片的选择参考表，如表1所示。表1芯片选择参考表根据输出功率的要求应选择T

25、OP223P或TOP224P，现选择TOP224P。3.2高频变压器的选择次级 Ns=(Uo+UF2)30.6V/T=(12+0.4) 30.6=8T初级 Np= Ns3UoR/( UoR+UF2)=83105/(12+0.4)=67.7T反馈 NF= Ns3(UFB+UF1)/(Uo+UF2)=83(12+0.7)/(12+0.4)=8TUF2为输出肖特基二极管压降UF1为反馈绕阻整流二极管压降UoR初级感应电压取值范围:90135V之间UFB为反馈绕阻电压,一般取12V (P<10W,取610V;P>10W,取12V)3.3 VR1的选择VR1要有足够的功率，在大电流输出的条件

26、下，VS 1的峰值电压应比反向输出电压高30V-80V，这里选择P6KE200，峰值电压为287V。3.4 其它重要元件的选择 元件耐压值整流桥D1600VC1630VC2400VC31500VC5、C635V3.5自启动周期的选择自启动周期的计算公式：T=8×(2RC)=16(R3+Zc)C7，其中，典型值Zc=15 ，芯片控制振荡频率f=100KHz，故R3=6.8 ,C7=47F。 4变压器的绕制及性能测试高频变压器的结构如图 所示。Np、Ns、NF分别代表一次绕组、二次绕组和反馈绕组，18端漏极，3端接源极（即一次绕组与反馈绕组的公共地

27、），4端接反馈绕组电压，第5、6两端接返回端RTN（即输出级的公共地），7、8端接二次绕组电路。高频变压器采用EE22型磁心。4.1绕制高频变压器的顺序及方法如下1.绕制一次绕组Np 首先用3mm宽的聚脂绝缘胶带在骨架上缠一层。然后把0.25mm漆包线的始端焊在第2端，绕完一层（40匝）后加一层12.2mm宽的绝缘胶带，再绕第二层（下同）。最后在一次绕组外面缠一层12.2mm宽的绝缘胶带，作为一次绕组与反馈绕组的绝缘层。 2.绕制反馈绕组NF 首先把双股0.25mm漆包线的始端焊接在第4端上，然后用双股并绕的方法绕8匝。因绕数少，要求均匀绕制，占满骨架，以增加磁场耦合程度，减少漏感。最后把末端

28、焊在第3端上。为提高绝缘性，在反馈绕组外面再缠3层18.2mm宽的绝缘胶带，作为反馈绕组与二次绕组的绝缘层。3.绕制二次绕组Ns图6高频变压器的绕制首先用3mm宽的胶带缠好安全边距，然后以第7、8端为始端，用0.55mm漆包线双股并绕8匝（均匀绕制并占满骨架），终止于第5、6端。最后缠上3层18.2mm绝缘胶带，作为最外层的绝缘材料。4.装配与浸漆 将两个E形磁芯插入已绕好线的骨架，再浸入清漆，经烘干后再用。4.2电气性能测试1.耐压性能测试 在高频变压器的1-8端、4-5端之间分别加上3000V、50Hz的高压电，持续时间为1min，不得发生击穿现象。2.测试一次绕组电感量 将二次绕组和反馈

29、绕组开路，用数字电感表测量1-2端的电感量Lp应为650（1±10%）uH。3.测量一次绕组漏电量 将二次绕组短路，用数字电感表测量1-2端这间的漏感量Lpo应不大于35uH。5 TOP224P芯片简介5.1管脚介绍该芯片由漏极端D、控制端C、源极S端三个管脚组成。漏极端(DRAIN脚)与输出MOSFET漏极连接。启动时，提供内部偏置电流，控制端(CONTROL脚)控制输出占空比，是误差放大器和反馈电流的输入端。正常工作时，由内部并联稳压器提供内部偏置电流，也可以作电流旁路和自动启动/补偿电路电容的接点，源极端(SOURCE脚)和输出MOSFET的源极连接，也是开关电源初级电路的公共

30、点和参考点。5.2芯片内部工作原理介绍芯片内部工作原理框图如图7所示。主要包括10部分：控制电压源；带隙基准电压源；振荡器；并联调整器/误差放大器；脉宽调制器；门驱动级和输出级；过电流保护电路；过热保护及上电复位电路；关断/自动重启动电路；高压电流源。图中，Zc为控制端的动态阻抗，RFB是误差电压检测电阴。RA与CA构成截止频率为7KHz的低通滤波器。图7  芯片内部工作原理框图该芯片的基本工作原理是利用反馈电流Ic来调节占空比D，达到稳压目的。举例说明，当输出电压Uo时，经过光耦反馈电路使得IcDUo,最终使Uo不变。下面分别介绍各单元电路的工作原理。1 控制电压源控制电

31、压Uc能向并联调整器和门驱动级提供偏置电压（以下简称偏压），而控制端电流Ic则能调节占空比。在C-S极间接一只47uF旁路电容CT，即可为门驱动级供给电流，并且由它决定自动重启动频率，同时控制环路的补偿。Uc有两种工作模式，一种是滞后调节，用于启动和过载这两种情况，具有延迟控制作用；另一种是并联调节，用于分离误差信号与控制电路的高压电流源。刚启动电路时由高压电流源提供控制端电流Ic，以便给控制电路供电并且对CT充电。正常启动波形如图8(a)所示。图中，UD表示漏极电压。当UC首次达到5.7V时高压电流源被关断，脉宽调制器和功率MOSFET主开始工作。此后，Ic改由反馈电路提供。当加到控制端的反

32、馈电流超过所需电流值时，就通过并联调整器进行分流，确保Uc=5.7V（典型值）。Zc与外部阻容元件共同决定控制环路的补偿特性，它通过控制高压电流源的通断使Uc在4.75.7V范围内，参见图8(b)。ICD1、ICD2分别为MOSFET在导通、关断进由控制端所提供的放电电流值。a)b)图8 启动波形a)正常操作时 b)自动启动时芯片的工作波形如图9所示。这里将充电电流表示成负极性，放电电流则为正极性。Uo、Io分别为滤除高频后的输出电压与输出电流。自动重启动电路中有一个8分频器（÷8），能防止MOSFET在控制端旁路电容CT的8个充放电周期之前误导通。与此同时，该分频器还可将占空比减小

33、到点5%（典型值），使芯片功耗显著降低。自动重启动电路一直工作到Uc进入受控状态为止。图9 工作波形正常工作时 自动重启动状态 电源关断复位状态2 带隙基准电压源带隙基准电压源除向内部提供各种基准电压之外，还产生一个具有温度补偿并可调整的电流源，来精确设定振荡器频率和门驱动级电流。3 振荡器内部振荡器电容在所设定的上、下阈值电压UH、UL之间周期性地线性充、放电，便产生了脉宽调制所需要的锯齿波（SAW）；与此同时还产生最大占空比信号（Dmax）和时钟信号（CLOCK）。为减小电磁干扰，提高电源效率，振荡频率（即开关频率）设计为100KHz，通过调节基准电流可提高频率准确度。4 误差放大器误差放

34、大器的增益由控制端的动态阻抗Zc来设定。Zc的变化范围是1020，典型值为15。误差放大器的同相输入端接5.7V基准电压，作为参考电压；输出端接一只P沟道场效应管，起缓冲放大作用。控制端电压Uc经过Zc、P沟道场效应管和电阻RFB分压后，获得反馈电压UFB，加至误差放大器的反相输入端。误差放大器将反馈电压UFB与5.7V基准电压进行比较之后，输出误差电流Ir,当Ir流过电阻RFB时，就在其上形成了误差电压Ur，以此去调节脉冲占空比。控制端电流Ic可直接取自反馈电路，亦可接光耦反馈电路，由光耦合器输出控制电流并实现电气隔离，后者能提高控制灵敏度。5 脉宽调制器脉宽调制器是电流反馈式控制电路。它具

35、有下述两层含义：1）通过改变控制端电流Ic的大小，能连续调节脉冲占空比，实现脉宽调制（PWM）。D与Ic呈线性关系，特性曲线如图10所示。显然，在 Ic=2.06.0mA范围内，当 Ic时D；反之Ic时 D，二者呈反比关系。比例系数表示曲线的斜率，亦即脉宽调制在的增益，K=-16%/mA，因此，占空比由下式确定：D=KIc=-(16%/mA) Ic 式中，Ic的单位取mA。图10中，IB为外部偏置电流，典型值为2.0mA，ICD1是CT的放电电流，为1.2mA或1.4mA（视TOP芯片型号而定）。最大占空比信号Dmax直接加到主控门DAN的一个输入端。图10 占空比与控制端电流的关系2）误差电

36、压Ur经由RA、CA组成的截止频率为7KHz的低通滤波器，滤掉开关噪声电压UPWM。UPWM通过与门DA1、或门DO之后，可将触发器I置位，Q=1，又使MOSFET导通，从而实现了脉宽调制信号的功率输出。时钟信号还起到同步作用。综上所述，TOP芯片属电流控制型开关电源，控制端电压Uc用来提供偏压，控制端电流Ic则调节占空比。它采用开关频率固定（100KHz）而占空比可调的工作方式，主要信号流程如下：6 门驱动级和输出级门驱动级（DN）用于驱动N沟道功率开关场效应管（MOSFET），使之按照规定的开关频率在一定时间内导通。漏-源极通态电阻与产品型号及芯片结温有关。7 过电流保护电路过电流比较器的

37、反相输入端接极限电压（又称阈值电压）ULIMIT，同相输入端接MOSFET的漏极。这里巧妙地得用MOSFET的漏-源通电阻RDS（ON）来代替外部过电流检测电阻Rs。当ID过大时，UDS（ON）>ILIMT。表1 TOP芯片的极限流典型值型号TOP221Y/PTOP222Y/PTOP223Y/PTOP224Y/PTOP225YTOP226YTOP227YILIMIT/A0.250.501.001.502.002.503.00ILIMIT(min)/A0.230.450.901.351.802.252.70ILIMIT(max)/A0.280.551.101.652.202.753.30此

38、外，芯片还具有初始输入电流限制功能。刚通电时可将整流后的直流限制在0.6ILIMIT（对应于交流265V输入电压）或0.75 ILIMIT（对应于交流85V输入电压）。前沿闭锁电路的作用是在MOSFET刚导通时将过电流比较器输出的上升沿封锁180ms的时间，这样可避免因一次侧电容和二次侧整流管在反向恢复时间内产生的尖峰电流，而导致开关脉冲提前结束。8 过热保护电路当芯片结温Tj>135时，过热保护电路就输出高电平，将触发器置位，Q=1，/Q=0，关断输出级。此时Uc进入滞后调节模式，Uc端波形也变成幅度为4.75.7V的锯齿波。若要重新启动电路，需断电后再接通电源开关，或者将Uc降至3.

39、3V以下，达到UC（RETSET）值，再利用上电复位电路将触发器置零，/Q=1，使MOSFET恢复正常工作。9 关断/自动重启动电路一旦调节失控，关断/自动重启动电路立即使芯片在5%占空比下工作，同时切断从外部流入控制端的电流IC，UC再次进入滞后调节模式。倘若故障已排除，UC又回到并联调节模式，自动重新启动电源恢复正常工作。自动重启动的频率为1.2Hz（CT为47uF）。10. 高压电流源 在启动或滞后调节模式下，高压电流源经过电子开关S给内部电路提供偏置，并且对CT进行充电。电源正常工作时S改接内部电源，将高压电流源关断。总 结 设计此类高性价比的开关电源，不仅要掌握各种TOP Switch系列产品的工作原理和应用电路，还必须了解有关通用及特种半导体器件、模拟与数字电路、电磁兼容、热力学等多方面的知识。所以需要查阅大量资料，进行知识的分解与融合，在设计过程当中还需反复修正。 开关电源的设计需要对电子技术有较熟练的掌握。对于开关电源所实现的功能或者目的，需要将其分解为若干个模块，分别弄清它们的原理和功能以及怎么去使用。然后，再将它们连接成为一个系统。 在设计时，重点对基本概念和原理知识作了分析，采取了由部分到整体的设计思路，对涉及的电路单元作了详细分解和原理介绍。先后设计出该开关电