單片開關電源及其在高壓電源中的應用

一般情況下，以top開關器件為代表的開關電源芯片，其漏極d和變壓器初級的一端相接。由于漏感引起的反峰電壓反射到變壓器的初級，將直接加在漏極上，而反峰電壓與輸出電壓有關，即輸出電壓越高，反峰電壓也越高，對于漏極與源級之間耐壓只有幾百伏的topswitch器件來說，過高的電壓很容易將其擊穿，因此，采用topswitch器件制作的開關電源，大多數(shù)采用低壓小功率輸出。本文通過改進電路，實現(xiàn)了topswitch器件在高壓開關電源中的應用。

topswitch－ⅱ工作原理

topswitch－ⅱ系列可廣泛應用于各種通用及專用開關電源、待機電源、開關電源模塊中。它將pwm控制系統(tǒng)的全部功能集成到三端芯片中，內含脈寬調制器、mosfet、自動偏置電路、保護電路、高壓啟動電路和環(huán)路補償電路。通過高頻變壓器使輸出端與電網(wǎng)完全隔離，真正實現(xiàn)了無功頻變壓器topswitch－ⅱ不需要外接大功率的過流檢測電阻，也不必提供啟動時的偏置電流。它采用漏級開路輸出方式，利用電流來線性調節(jié)占空比，是電流控制型開關電源。

脈沖調制式開關電源的基本原理如圖1所示。交流220v輸入電壓經過整流濾波器變?yōu)橹绷麟妷簐1，再由功率開關管vt（或mosfet）斬波、高頻變壓器t降壓，得到高頻矩形波，最后通過輸出整流濾波器vd、c2，獲得所需的直流輸出電壓v0。脈寬調制器是這類開關電源的核心，它能產生頻率固定而脈沖寬度可調的驅動信號，控制功率開關管的通斷狀態(tài)，以調節(jié)輸出電壓的高低，達到穩(wěn)壓目的。鋸齒波發(fā)生器提供時鐘信號，利用誤差放大器和pwm比較器構成閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)，假如由于某種原因致使v0下降，脈寬調制器就改變驅動信號的脈沖寬度，即改變占空比d，使斬波后的平均電壓升高，導致v0上升，反之亦然。

topswitch－ⅱ的應用

依據(jù)topswitch電路的特性，本文實現(xiàn)了一路高壓與一路低壓的雙路輸出電源。對于高壓輸出，采用了二次升壓和6倍壓整流的方法來獲得其中的一路直流高壓輸出：2500v/40ma，由于本文只對topswitch的高壓應用進行探討，該路輸出電壓精度不作要求；另外一路低壓輸出為6v/1a，精度優(yōu)于1％，由于高壓部分精度要求不高，因此，可以直接輸出，但是低壓部分精度要求較高，因此，在該路電壓輸出端，通過取樣電阻對輸出電壓進行采樣，輸入采用tl431。tl432是一個有良好熱穩(wěn)定性的三端可調分流基準源，它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意設置從vref（2.5v）到36v范圍內的任何值。取樣電壓通過光耦隔離后送入topswitch的控制端。光耦供電電壓可以利用變壓器次級輸出電壓供電。

本方案采用基于topswitch－ⅱ的反激變壓器來實現(xiàn)。通過一個變壓器的多副邊繞組得到所需要的雙路輸出電壓，另外，兩路輸出電壓處在不同電位上，他們之間的電壓差很大，因此，變壓器的隔離度要求很高，這也是該電源的一個實現(xiàn)難點。

topswitch芯片的選擇

本電源的輸入電壓為270vdc，在該系列所要求的電壓范圍內。對芯片的選擇主要是考慮功率的需要，輸出功率po約為110w，考慮一定的裕度，本方案選擇top226y芯片，具體實現(xiàn)電路如圖2所示。

反饋電路設計

反饋電路的形式由輸出電壓精度決定，本方案中的“光耦＋tl431”可以把輸出電壓精度控制在±1％。電壓反饋信號經分壓網(wǎng)絡引入tl431的ref端，轉化為電流反饋信號，經過光耦隔離后輸入topswitch的控制端。

光耦工作在線性狀態(tài)，起隔離作用，如果所選的光耦的電流放大率上限超過200％，容易造成topswitch過壓保護。相反，若其下限小于40％，占空比d將不能隨反饋電流的增加而減小，從而導致過流。因此，應選擇電流放大率范圍接近100％的光耦。

topswitch使用注意事項

應用中，top開關的源腳引線盡可能短，旁路電容要盡可能靠近源腳和控制腳，源腳應單點接地。

開關關斷時，為了減小漏極峰值電壓和漏極沖擊激勵振蕩電壓，漏感較大的高頻變壓器初級必須加入阻尼電阻。

測試時，top開關器件不能直接插入加有高電壓的插座內。在印刷電路板上，控制腳外接電容器能夠把較大的浪涌電流傳輸?shù)接|發(fā)器和關斷鎖存器。從而關斷top開關。

開關電源輕載或空載時，輸出mosfet導通時間很短，為了使輸出電壓保持在設計范圍內，該開關電源必須外加一個很小的負載。

結語

topswitch－ⅱ作為一種集成芯片，大大簡化了開關電源的設計流程，不僅能用于低壓電源，也可以用于高壓電源。