TOPSwitchGX系列單片開關(guān)電源的應(yīng)用

1高效率70W通用開關(guān)電源模塊

TOPSwitchGX適合制作低成本、高效率、小尺寸、全密封式開關(guān)電源模塊或電源適配器（adapter）。由TOP249Y構(gòu)成的密封式70W（19V，3.6A）通用開關(guān)電源模塊，電路如圖1所示。當(dāng)環(huán)境溫度不超過40℃時，模塊的外形尺寸可減小到10.5mm×5.5mm×2.5mm。設(shè)計的交流輸入電壓范圍是85V～265V，這屬于全世界通用的電壓范圍。該電源能同時實現(xiàn)輸入欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)、從外部設(shè)定極限電流、降低最大占空比等功能，其主要技術(shù)指標(biāo)為：

額定輸出功率PO=70W；

負(fù)載調(diào)整率SI=±4％；

電源效率η≥84％（當(dāng)交流輸入電壓U=85V時，滿載效率可達(dá)85％；當(dāng)U=230V時，電源效率高達(dá)90％）；

空載功率損耗0.52W（U=230V時）；

圖1高效率70W通用開關(guān)電源模塊電路

輸出紋波電壓≤120mV（峰卜逯擔(dān)。該電源共使用3片集成電路：TOP249Y型6端單片開關(guān)電源（IC1）；線性光耦合器PC817A（IC2）；可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431（IC3）。電阻R9和R10用來從外部設(shè)定功率開關(guān)管的漏極極限電流，使之略高于滿載或輸入欠壓時的漏極峰值電流ID(PK)。這就允許在電源起動過程中或輸出負(fù)載不穩(wěn)定但未出現(xiàn)飽和的情況下，采用較小尺寸的高頻變壓器。當(dāng)輸入直流電壓過壓時。R9和R10還能自動降低最大占空比Dmax，對最大負(fù)載功率加以限制。R11為欠壓或過壓檢測電阻，并能給線路提供電壓前饋，以減少開關(guān)頻率的波動。取R11=2MΩ時，僅當(dāng)直流輸入UI電壓達(dá)到100V時，電源才能起動。TOPSwitchGX的欠壓電流IUV=50μA，過壓電流IOV=225μA。有公式

UUV=IUV·R11（1）

UOV=IOV·R11(2）

將R11=2MΩ分別代入式（1）和式（2）中得到，UUV=100V（DC），UOV=450V（DC）。過壓時最大占空比Dmax隨流入X端的電流IX的增大而減小，當(dāng)IX從90μA增加到190μA時，最大占空比Dmax就從78％（對應(yīng)于UUV=100V）線性地降低到47％（對應(yīng)于375V）。在掉電后，欠壓檢測能在C1放電時減少輸出干擾，只要出現(xiàn)輸出調(diào)節(jié)失效或者輸入電壓低于40V的情況，都會使TOPSwitchGX關(guān)閉。當(dāng)開關(guān)電源受到450V以上的沖擊電壓時，R11同樣可使TOP249關(guān)斷，避免元器件受到損壞。

由VDZ1和VD1構(gòu)成的漏極鉗位電路，能吸收在MOSFET關(guān)斷時由高頻變壓器初級漏感產(chǎn)生的尖峰電壓，保護(hù)MOSFET不受損壞。VDZ1采用鉗位電壓為200V的P6KE200型瞬態(tài)電壓抑制器，VD1選用UF4006型超快恢復(fù)二極管，其反向耐壓為800V。將電容C11和VDZ1并聯(lián)后，能減少鉗位損耗。選擇全頻工作方式時，開關(guān)頻率設(shè)定為132kHz。為了減小次級繞組和輸出整流管的損耗，現(xiàn)將次級繞組分成兩路，每路單獨(dú)使用一只MBR20100型20A／100V的共陰極肖特基對管（VD2、VD3），然后并聯(lián)工作。輸出濾波電路由C2、C3、L1、C4和C14構(gòu)成。空載時，TOP249Y能自動降低開關(guān)頻率，使得在交流230V輸入時電源損耗僅為520mW。TOP249Y具有頻率抖動特性，這對降低電磁干擾很有幫助。只要合理地選擇安全電容C7和EMI濾波器（L2、L3、C6）的元件值，就能使開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁輻射符合CISPR22（FCCB）/EN55022B國際標(biāo)準(zhǔn)。將C7的一端接UI的正極，能把TOP249Y的共模干擾減至最小。需要指出，C7和C6都稱作安全電容，區(qū)別只是C7接在高壓與地之間，能濾除初、次級耦合電容產(chǎn)生的共模干擾，在IEC950國際標(biāo)準(zhǔn)中稱之為“Y電容”。C6則接在交流電源進(jìn)線端，專門濾除電網(wǎng)線之間的差模干擾，被稱作“X電容”。

精密光耦反饋電路由IC2、IC3等組成。輸出電壓UO通過電阻分壓器R4～R6獲得取樣電壓，與TL431中的2.50V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后產(chǎn)生誤差電壓，再經(jīng)過光耦去改變TOP249Y的控制端電流IC，使占空比發(fā)生變化，進(jìn)而調(diào)節(jié)UO保持不變。反饋繞組的輸出電壓經(jīng)VD4、C15整流濾波后，給光耦中的接收管提供偏壓。C5還與R8一起構(gòu)成尖峰電壓濾波器，使偏置電壓在負(fù)載較重時能保持恒定。R7、C9、C10和R3、C5、C8均為控制環(huán)路的補(bǔ)償元件。

2由TOP249Y構(gòu)成的DC／DC變換式250W

開關(guān)電源

該DC／DC變換式開關(guān)電源采用一片TOP249Y，輸入為250V～380V直流電壓，輸出為48V、5.2A（250W），電源效率可達(dá)84％。其電路如圖2所示。C1為高頻濾波電容，專門抑制從輸入端引入的電磁干擾。由于TOP249工作在它的功率上限，因此需將X端與源極S短接，把極限電流設(shè)置為內(nèi)部最大值，即ILIMIT=ILIMIT（max）=5.7A。在L端到UI之間接一只2MΩ的電阻R1，可進(jìn)行線路檢測。若UI>450V，則TOP249Y停止工作，直到電壓恢復(fù)正常。這就有效地防止了元器件損壞。

由于初級電流較大，須采取以下措施：第一，采用低泄漏電感的高頻變壓器并在初、次級之間增加屏蔽層，將漏感減至最??；第二，在鉗位保護(hù)電路中的瞬態(tài)電壓抑制器兩端并聯(lián)阻容元件R2、R3、C6，構(gòu)成保護(hù)功能完善的VDZ1、VD1、R、C型鉗位及吸收電路，以便吸收掉漏感上較大的磁場能量。這種設(shè)計的優(yōu)點在于，正常工作時VDZ1的損耗非常小，泄漏磁場能量主要由R2和R3分擔(dān)；VDZ1的關(guān)鍵作用是限制在起動（或過載）情況下的尖峰電壓，確保內(nèi)部MOSFET的漏極電壓低于700V。

次級繞組電壓首先經(jīng)過VD2、C9、C10和C11整流、濾波，再通過L2、C12濾除開關(guān)噪聲之后，獲得穩(wěn)定的直流輸出電壓UO。為減小濾波電容的等效電感，現(xiàn)將C9、C10和C11作并聯(lián)使用。穩(wěn)壓管VDZ2、VDZ3和VDZ4的穩(wěn)壓值分別為22V、12V、12V，串聯(lián)后的總穩(wěn)壓值UZ=46V，穩(wěn)定電流IZ≈10mA。設(shè)光耦中紅外發(fā)光二極管LED的正向壓降為UF，輸出電壓由下式確定：

圖2250W開關(guān)電源電路