TOPSwitch单片开关电源的原理与应用

[编者按]虑及当前电源技术的发展，单片型开关电源已开始流行，并且具有强大的生命力，为此我们特邀国内著名科技图书作者沙占友教授等撰写这篇讲座稿，计划连载5期，以飨读者。本文也是本刊今年第6期P.271《集成稳压器的应用技术》讲座的继续。

(单片开关电源技术讲座之一)

河北科技大学沙占友张英黄丽敏（石家庄050054）

摘要：三端单片开关电源是目前国际90年代才开始流行的新型开关电源芯片。本文阐述其性能特点、工作原理及两种典型应用电路。

关键词：单片开关电源脉宽调制误差放大器光耦反馈

The Principle and Application of TOPSwitch

Single chip Switching Power Supply Abctract:Three ends single chip switching power suply is a new type switching power supply core which has been popular since 1990. This paper introduces properties and principle of the core as well as two types of applicational circuit.

Keywords: Single chip switching power supply,PWM,Error amplifler,Optical courling, Feedback

中图法分类号：TM94文献标识码：A文章标号：02192713(2000)0842404

单片开关电源具有单片集成化、最简外围电路、最佳性能指标、能构成无工频变压器开关电源等显著优点。美国动力（Power）公司在世界上率先研制成功的三端隔离式脉宽调制单片开关电源集成电路，被誉为“顶级开关电源”。其第一代产品以1994年推出的TOP100／200系列为代表，第二代产品则是1997年问世的TOPSwitch－Ⅱ。上述产品一经问世便显示出强大的生命力，它极大地简化了150W以下开关电源的设计和新产品的开发工作，也为新型、高效、低成本开关电源的推广与普及创造了良好条件，可广泛用于仪器仪表、笔记本电脑、移动电话、电视机、VCD和DVD、摄录像机、手机电池充电器、功率放大器等领域，并能构成各种小型化、高密度、在价格上能与线性稳压电源相竞争的AC／DC电源变换模块。

1产品分类及性能特点

1.1产品分类

TOPSwitch包括TOP100系列（TOP100Y～TOP104Y），TOP200系列（TOP200Y～TOP202Y，TOP214Y），TOP209／210系列，TOPSwitch－Ⅱ系列（TOP221～TOP227）。TOPSwitch－Ⅱ与第一代产品相比，它不仅在性能上进一步改进，而且输出功率得到显著提高，现已成为国际上开发中、小功率开关电源及电源模块的优选集成电路，其产品分类见表1。

表1TOPSwitch－Ⅱ的产品分类及最大输出功率POM单位：W

1.2性能特点

⑴将脉宽调制（PWM）控制系统的全部功能集成到三端芯片中。内含脉宽调制器、功率开关场效应管（MOSFET）、自动偏置电路、保护电路、高压启动电路

图1TOPSwitch的管脚排列
（a）TO－220封装（b）DIP－8封装和SMD－8封装

图2TOPSwitch－Ⅱ的内部结构

和环路补偿电路，通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，真正实现了无工频变压器、隔离式开关电源的单片集成化，使用安全可靠。

⑵输入交流电压和频率的范围极宽。作固定电压输入时可选110V／115V／230V交流电，允许变化±15％；在宽电压范围输入时，适配85V～265V交流电，但POM值要比前者降低40％。

⑶TOPSwitch－Ⅱ只有3个引出端，可以同三端线性集成稳压器相媲美，能以最简方式构成无工频变压器的反激式普通型或精密型开关电源。开关频率的典型值为100kHz，允许范围是90kHz～110kHz，占空比调节范围是1.7％～67％。

⑷外围电路简单，成本低廉。芯片本身功耗很低，电源效率可达80％左右。

2TOPSwitch的工作原理

TOPSwitch的管脚排列如图1所示。它有三种封装形式。其中，TO－220封装有3个引脚。

DIP－8封装及SMD－8封装各有8个引脚，但均可简化成3个。这3个管脚分别为控制端C，源极S，漏极D。控制端有4个作用：

S利用控制电流IC的大小来调节占空比D；

S为芯片提供正常工作所需的偏流；

S决定自动重启动的频率；

S对控制回路进行补偿。

TOPSwitch－Ⅱ的内部框图如图2所示。主要包括10部分：

S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）；

S带隙基准电压源（给内部提供各种基准电压）；

S振荡器