基于TOPSwitch的超寬輸入隔離式穩(wěn)壓開關(guān)電源

摘要：介紹了單片開關(guān)電源芯片TOPSwitch的結(jié)構(gòu)及工作原理，給出了超寬輸入隔離式穩(wěn)壓開關(guān)電源的完整應(yīng)用電路實(shí)例，并對設(shè)計(jì)和制作過程中的一些注意事項(xiàng)進(jìn)行了說明。

關(guān)鍵詞：隔離；寬輸入；開關(guān)電源

0 引言

開關(guān)電源（Switching Power Supply）自問世以來，就以其穩(wěn)定、高效、節(jié)能等優(yōu)良性能而成為穩(wěn)壓電源的主要產(chǎn)品。而高度集成化的單片開關(guān)電源，更是因其高性價比、簡單的外圍電路、小體積與重量和無工頻變壓器隔離方式等優(yōu)勢而成為穩(wěn)壓電源中的佼佼者。隨著各種不同的單片開關(guān)電源芯片及其電路拓?fù)涞膽?yīng)用和推廣，單片開關(guān)電源越來越體現(xiàn)出巨大的實(shí)用價值和美好前景。但是，TOPSwitch通常允許的輸入電壓變化范圍為120～370V，本文嘗試用它制作更寬輸入電壓變化范圍（80～550V）的穩(wěn)壓電源。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明是很成功的。

1 芯片結(jié)構(gòu)及穩(wěn)壓原理

近十幾年來，美國電源集成公司（PI）、摩托羅拉公司（Motorola）、意－法半導(dǎo)體公司（SGS－Thomson）、美國Onsemi公司等相繼推出了TOPSwitch，MC，L4970，NCP1000等不同系列的單片開關(guān)電源產(chǎn)品。由于TOPSwitch系列產(chǎn)品性能穩(wěn)定，價格實(shí)惠，故本文選擇該系列中的一種芯片為核心設(shè)計(jì)制作了一種輸入范圍極寬的穩(wěn)壓電源。該電源輸入直流電壓范圍為80～550V，輸出直流電壓20V，輸出功率20W。

TOPSwitch不論是三腳封裝，還是DIP-8或SMB-8封裝，其實(shí)質(zhì)都是三端器件，分別為控制端C(Control)、源極S(Source)、漏極D(Drain)?？刂贫说闹饕饔檬?，根據(jù)其電流Ic來自動調(diào)節(jié)占空比，當(dāng)Ic變化時，占空比就在一定范圍內(nèi)變化。源極S與芯片內(nèi)部功率MOS管源極相連，并作為初級電路的公共地。漏極D與芯片內(nèi)部功率MOS管的漏極相連。

TOPSwitch主要包括控制電壓源、高壓電流源、關(guān)斷/自動重啟動電路、并聯(lián)調(diào)整器/誤差放大器、帶隙基準(zhǔn)電壓源、過熱保護(hù)及上電復(fù)位電路、過流保護(hù)電路、振蕩器、脈寬調(diào)制器、門驅(qū)動級和輸出級等10個部分。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 TOPSwitch內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

TOPSwitch的額定開關(guān)頻率為100kHz，允許工作范圍90～110kHz。

TOPSwitch的穩(wěn)壓原理是通過反饋電流（即控制端電流）Ic來自動調(diào)節(jié)占空比，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。例如，當(dāng)輸出電壓上升時，反饋電流隨之上升，占空比呈反向變化而下降，導(dǎo)致輸出電壓也隨之下降，從而保證輸出電壓的穩(wěn)定。反之亦然。

2 電路圖及工作原理

由TOPSwitch構(gòu)成的單片開關(guān)電源如圖2所示，是典型的單端反激式開關(guān)電源。

圖2 由TOPSwitch構(gòu)成的20W穩(wěn)壓開關(guān)電源