TOPSwitchⅡ的开关电源设计

1、基于TOOPSwwitcch 的开关关电源设设计 1 引言言功率开关关管、PPWM控控制器和和高频变变压器是是开关电电源必不不可少的的组成部部分。传传统的开开关电源源一般均均采用分分立的高高频功率率开关管管和多引引脚的PPWM集集成控制制器，例例如采用用UC338422MOOSFEET是国国内小功功率开关关电源中中较为普普及的设设计方法法。 90年代代以来，出现了了PWMM/MOOSFEET二合合一集成成芯片，他大大大降低了了开关电电源设计计的复杂杂性，减减少了开开关电源源设计所所需的时时间，从从而加快快了产品品进入市市场的速速度。 二合一集集成控制制芯片多多采用33脚，44脚，55脚，77脚

2、和88脚封装装，其中中美国功功率集成成公司于于97年年推出的的三端脱脱线式TTOPSSwittch 系列二二合一集集成控制制器件，是该类类器件的的代表性性产品。2 TOOPSwwitcch 器件简简介 TOPSSwittch系系列器件件是三端端脱线式式PWMM开关（Thrreeterrminnal Offfliine PWMM Swwticch）的的英文缩缩写。TTOPSSwittch系系列器件件仅用了了3个管管脚就将将脱线式式开关电电源所必必需的具具有通态态可控栅栅极驱动动电路的的高压NN沟道功功率的MMOS场场效应管管，电压压型PWWM控制制器，1100kkHz高高频振荡荡器，高高压启动动

3、偏置电电路，带带隙基准准，用于于环路补补偿的并并联偏置置调整器器以及误误差放大大器和故故障保护护等功能能全部组组合在一一起了。 TOPSSwittch 系列器器件是TTOPSSwittch的的升级产产品，同同后者相相比，内内部电路路做了许许多改进进，器件件对于电电路板布布局以及及输入总总线瞬变变的敏感感性大大大减少，故设计计更为方方便，性性能有所所增强。其型号号包括TTOP2221TOPP2277，内部部结构如如图1所所示11。 TOPSSwittch 是一个个自偏置置、自保保护的电电流占占空比线线性控制制转换器器。由于于采用CCMOSS工艺，转换效效率与采采用双集集成电路路和分立立元件相相比

4、，偏偏置电流流大大减减少，并并省去了了用于电电流传导导和提供供启动偏偏置电流流的外接接电阻。 漏极 连连接内部部MOSSFETT的漏极极，在启启动时，通过内内部高压压开关电电流源提提供内部部偏置电电流。源极 连连接内部部MOSSFETT的源极极，是初初级电路路的公共共点和基基准点。 控制极 误差放放大电路路和反馈馈电流的的输入端端。在正正常工作作时，由由内部并并联调整整器提供供内部偏偏流。系系统关闭闭时，可可激发输输入电流流，同时时也是提提供旁路路、自动动重启和和补偿功功能的电电容连接接点。 控制电压压 控制制极的电电压Vcc给控制制器和驱驱动器供供电或提提供偏压压。接在在控制极极和源极极之间

5、的的外部旁旁路电容容CT，为栅栅极提供供驱动电电流，并并设置自自动恢复复时间及及控制环环路的补补偿。在在正常工工作（输输出电压压稳定）时，反反馈控制制电流给给Vc供电，并联稳稳压器使使Vc保持在在4.77V。在在启动时时，控制制极的电电流由内内部接在在漏极和和控制极极之间的的高压开开关电流流源提供供。控制制极电容容CT放电至至阈值电电压以下下时，输输出MOOSFEET截止止，控制制电路处处于备用用方式。此时高高压电流流源接通通，并再再次给电电容CTT充电。通过高高压电流流源的接接通和断断开，使使Vc保持在在4.775.7V之之间。 带隙基准准 TOOPSwwitcch 内部电电压取自自具有温温

6、度补偿偿的带隙隙基准电电压。此此基准电电压也能能产生可可微调的的温度补补偿电流流源，用用来精确确地调节节振荡器器的频率率和MOOSFEET栅极极驱动电电流。 振荡器 内部振振荡器通通过内部部电容线线性地充充电放电电，产生生脉宽调调制器所所需的的的锯齿波波电压。为了降降低EMMI并提提高电源源的效率率，振荡荡器额定定频率为为1000kHzz。 脉宽调制制器 流流入控制制极的电电流在RRE两端端产生的的压降，经RCC电路滤滤波后，加到PPWM比比较器的的同相输输入端，与振荡荡器输出出的锯齿齿波电压压比较，产生脉脉宽调制制信号，该信号号驱动输输出MOOSFEET实现现电压型型控制。正常工工作时，内部

7、MMOSFFET输输出脉冲冲的占空空比随着着控制极极电流的的增加而而线性减减少，如如图2所所示11。 栅极驱动动器 栅栅极驱动动器以一一定速率率使输出出MOSSFETT导通。为了提提高精确确度，栅栅极驱动动电流还还可以进进行微调调逐周限限流。逐逐周限流流电路用用输出MMOSFFET的的导通电电阻作为为取样电电阻，限限流比较较器将MMOSFFET导导通时的的漏源电电压与阈阈值电压压VILLIMIIT进行行比较。漏极电电流过大大时，漏漏源电压压超过阈阈值电压压，输出出MOSSFETT关断，直到下下一个周周期，输输出MOOSFEET才能能导通。 误差放大大器 误误差放大大器的电电压基准准取自温温度补

8、偿偿带隙基基准电压压；误差差放大器器的增益益则由控控制极的的动态阻阻抗设定定。 系统关闭闭/自动动重动 为了减减少功耗耗，当超超过调整整状态时时，该电电路将以以5的的占空比比接通和和关断电电源。 过热保护护 当结结温超过过热关断断温度（1355）时，模拟电电路将关关断输出出MOSSFETT。 高压偏流流源 在在启动期期间，该该电流源源从漏极极偏置TTOPSSwittch ，并对对控制极极外界电电容CTT充电。 在TOPPSwiitchh 系列中中，TOOP2225TTOP2227采采用TOO2220封装装形式，而TOOP2221TTOP2224则则有TOO2220和DDIP8，SSMD8三种种

9、封装形形式，如如图3所所示11。考考虑到DDIP8和SSMD8的散散热情况况，采用用这2种种封装形形式的器器件输出出功能要要适当降降低。 3 TOOPSwwitcch 应用于于反激式式功率变变换电路路 在开关电电源电路路中，基基本类型型有5种种：单端端反激式式、单端端正激式式、推挽挽式、半半桥式和和全桥式式。对于于1000W以下下的开关关电源，多采用用单端反反激式变变换器，反激式式功率变变换电路路中的变变压器，除了起起隔离作作用之外外，还具具有储能能的功能能。反激激式功率率变换电电路结果果比较简简单，输输出电压压不受输输入电压压的限制制，亦可可提供多多路电压压输出。TOPPSwiitchh 系

10、列应应用于单单端反激激式变换换器，典典型用法法如图44所示2。 在图4中中，（aa）将偏偏置线圈圈通过限限流电阻阻直接作作为TOOPSwwitcch 控制极极的输入入；（bb）在（a）的的基础上上增加了了稳压管管，是（a）的的增强型型；（cc）中输输出电压压通过光光耦作用用于TOOPSwwitcch 控制极极，在输输出电压压反馈精精度上有有所提高高；（dd）在（c）基基础上增增加了精精密基准准TL4431，使得输输出稳压压精度和和负载调调整率都都能获得得较高的的精度。4种变变换电路路的效果果如表11所示。 4 应用用实例 图5为输输入电压压为8552665V，输出为为15VV的反激激式开关关电

11、源实实际电路路。其采采用图44中（dd）的反反馈电路路形式。 交流电压压经整流流桥V22整流和和C2滤波后后，产生生的高压压直流电电压加至至变压器器一端，变压器器另一端端与TOOP2224的漏漏极相连连。R99，C8和V3为缓冲冲吸收电电路，用用以吸收收TOPP2244在关断断过程中中由于变变压器漏漏感引起起的电压压尖峰过过冲。 偏置线圈圈经V77和C2整流滤滤波后产产生TOOP2224所需需的偏置置电压；C6能够滤滤除TOOP2224内部部MOSSFETT栅极充充电电流流的峰值值，确定定重新启启动的频频率，并并与R11，R2一起补补偿控制制回路。 TLP4431并并联稳压压器内部部包含22.

12、5VV带隙基基准电压压、运算算放大器器和驱动动器，作作次级基基准误差差放大器器用。调调节RPP1可对对输出电电压实现现微调。当输出出电压受受某种原原因发生生波动时时，通过过TL4431等等器件组组成的反反馈电路路，改变变流过光光耦PCC8177的发光光二极管管的电流流，从而而改变流流入TOOP2224控制制极的电电流，调调整TOOP2224内部部MOSSFETT的输出出占空比比，使输输出电压压重新稳稳压。 5 结语语 采用TOOPSwwitcch 器件的的开关电电源与采采用分立立的MOOSFEET功率率开关及及PWMM集成控控制器的的开关电电源相比比，具有有以下特特点： （1）成成本低廉廉 TOPSSwittch 采用CCMOSS工艺制制作，并并在芯片片中集成成了尽可可能多的的功能，故与传传统的功功率开关关电路相相比，偏偏置电流流显著降降低；开开关电源源所需的的功能集集成于芯芯片中后后，外部部的电流流传感电电阻和初初始启动动偏压电电流的电电路均可可除去，可大量量减少元元器件，使产品品的成本本和体积积均大大大减少； （2）电电