TOPSwitchFX系列单片开关电源的原理与应用

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1、TOPSwitchFX系列单片开关电源的原理与应用河北科技大学沙占友李春明远松灵（石家庄050054）唐山理工大学蔡仲林（唐山063009） 　　TOPSwitchFX系列是美国PowerIntegrations公司继TOPSwitch、TOPSwitchⅡ之后，在2000年初推出的第三代单片开关电源产品。它不仅设计先进，功能完善，而且外围电路简单，使用非常灵活，“FX”即有灵活（flexible）之意。TOPSwitchFX配外围电路后，能实现多种控制功能，其中包括配微控制器（MCU）或通过局域网（LAN）遥控开关电源通／断的功能。是目前设计

2、75W以下高效率、多功能、单路或多路输出反激式开关电源的最佳选择。此外，该系列产品还可构成PC机的待机电源（StandbySupply）、机顶盒电源（SettopBoxPowerSupply）、电源适配器、由微控制器控制的开关电源。1性能特点及管脚功能1.1性能特点(1)该系列产品除具备TOPSwitchⅡ系列的全部优点之外，还增加了软起动、外部设定极限电流、过压关断、欠压保护、过热滞后关断、遥控、同步等功能；(2）只需改变开关频率选择端和多功能端的外部接线，即可实现14种控制功能：全频工作方式，半频工作方式，同时实现过压和欠压保护，仅过压保护，仅

3、欠压保护，从外部设定极限电流，控制开关电源通／断等；(3)增加了外部可编程设定极限电流ILIMIT及频率抖动功能，不仅使用方便，还能有效抑制高次谐波干扰；(4)当开关电源的负载减轻时，它采取跳过周期的方式来降低占空比，使输出电压保持稳定。即使空载时也不用接假负载。1.2管脚功能TOPSwitchFX系列包括TOP232P/G/Y、TOP233P/G/Y、TOP234P/G/Y共9种型号，尾缀P、G、Y分别表示DIP8、SMD8、TO2207B封装。其最大输出功率为75W。其中，TO2207B封装有5个引出端，它们分别是控制端C，多功能端M

4、，源极S，开关频率选择端F，漏极D。DIP8和SMD8封装没有F端，等效于四端器件。多功能端主要有6种功能：（1）线路过压（OV）保护；（2）线路欠压（UV）保护；（3）利用线路电压前馈来降低空比Dmax；（4）从外部设定芯片的极限电流I′LIMIT；（5）遥控（亦称远程通/断）；（6）外同步。将开关频率选择端接源极时，开关频率f=130kHz；接控制端时，开关频率变成f／2=65kHz。若将M、F端均接S极，TOPSwitchFX即工作在三端模式下，与TOPSwitchⅡ相似。2TOPSwitchFX的工作原理TOPSwitchFX的内部

5、框图如图1所示。主要由15部分组成：（1）控制电压源（由控制电压UC向并联调整器和门驱动级提供偏压，而控制端电流IC则能调节占空比）；（2）带隙基准电压源（给内部提供各种基准电压）；（3）频率抖动振荡器（产生锯齿波SAW，时钟信号CLK和最大占空比信号Dmax）；（4）并联调整器/误差放大器；（5）脉宽调制器（含PWM比较器和触发器，通过改变控制端电流IC的大小，连续调节脉冲占空比）；（6）过流保护电路；（7）门驱动级和输出级（内含耐压为700V的功率开关管MOSFET）；（8）具有滞后特性的过热保护电路（当芯片结温Tj>135℃时关断输出级；当Tj<

6、70℃时芯片才恢复正常工作）；（9）关断/自动重起动电路（当调节失控时，立即使芯片在低占空比下工作。倘若故障已排除，就自动重新起动电源恢复正常工作）；（10）高压电流源（提供偏流用）；（11）软起动电路；（12）欠压比较器；（13）电流极限比较器；（14）线路比较器；（15）多功能端的内部电路。TOPSwitchFX的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IC↑→D↓→UO↓,最终使UO不变。2.1频率抖动振荡器及开关频率的设定所谓频率抖动特性是指把开关频率调制在很窄频段内，以降低与

7、基本开关频率的各次谐波相关的电磁干扰的幅度。TOPSwitchFX的内部振荡器增加了“频率抖动”功能。当基本开关频率f1=130kHz时,开关频率就以250次/s的速率在±4kHz的频段内抖动,实际开关频率f2=f1±△f1=（130±4）kHz=（126～134）kHz。由于f2是在窄范围内偏移的可变频率，因此能有效抑制由130kHz基频及其高次谐波所产生的干扰。谐波次数愈高，频率抖动的优点愈显著。例如，用此法可将开关频率的5次谐波噪声的平均值衰减10dB以上。选择半频工作方式时，基本开关频率为65kHz，抖动范围是±2kHz，实际开关频率f2=(

8、63～67)kHz。2.2脉宽调制器与最大占空比当控制端电流IC在规定范围内,而多功能端的输入