| TOPSwitch-GX系列開關(guān)電源器件是小功率開關(guān)電源的優(yōu)選產(chǎn)品�？勺龀筛鞣N小型化DC/DC、AC/DC電源模塊,也可用于個人電腦、各種適配器,LCD監(jiān)視器,打印機,電子儀器儀表和各種音視頻設(shè)備等領(lǐng)域。 TOPSwitch-GX采用TOPSwitch相同的布局,有效地把高壓功率MOSFET器件、PWM控制、故障保護(hù)和其它控制電路集成到了單片CMOS上。為了降低系統(tǒng)成本和改善設(shè)計靈活性、環(huán)境溫度和功率,TOPSwitch-GX在TOPSwitch系列基礎(chǔ)上增加了許多新功能,TOP242-249屬于TOPSwitch-G系列產(chǎn)品。 按封裝形式,TOPSwitch-GX分為三種類型：（1）Y型：采用單列直插TO-220-7C封裝;（2）P型：采用雙列直插式DIP-8B封裝;(3) G型：采用表面帖封式SMD-8B封裝。Y型封裝需外加散熱器,P/G型封裝可借助印刷板上公共地區(qū)域來代替散熱器,將S極焊接在敷銅板上。 產(chǎn)品主要有如下性能特點：輸出功率可達(dá)250W;外圍電路簡單,成本低;在極低壓或過沖情況下能充分集成軟啟動;外部可編程精確電流限制的高效率,低成本設(shè)計和功率可限電路; 線性欠壓保護(hù),無關(guān)斷干擾。 如圖1所示為Y型封裝的芯片內(nèi)部原理框圖,P/G型封裝與Y型封裝類似。 控制極是一個低阻抗接點,能接收合并的能量和反饋電流。正常工作時,并聯(lián)調(diào)整器從供給電流中分離反饋信號�？刂贫穗妷海╒c）是包括MOSFET門驅(qū)動和控制電路的電源電壓。在控制極和源極之間所接的旁路電容提供了瞬時門驅(qū)動電流。這個端的總電容量設(shè)定了自動-重啟動時間和控制環(huán)路補償。 啟動初期,經(jīng)整流后的直流高電壓供給漏極(D)時,MOSFET關(guān)閉,此時控制端電容通過接到內(nèi)部漏極和控制極的開關(guān)高壓電流源充電。當(dāng)控制端電壓達(dá)到5.8V時,控制電路動作并軟啟動開始。MOSFET管的導(dǎo)通占空比逐漸增大,從零到最大值約10ms以上。軟啟動結(jié)束后,如果沒有外部反饋電流輸入控制端,高壓電流源關(guān)斷并且控制端將通過控制電路放電以響應(yīng)供給電流。 內(nèi)部振蕩器通過一個內(nèi)部電容在兩個電壓(4.8～5.8V)之間線性地充放電產(chǎn)生一個鋸齒波信號送入脈寬調(diào)制器。這個振蕩器設(shè)定脈寬調(diào)制器在每個周期開始時的電流限制鎖定。選擇132KHz的開關(guān)頻率確保變壓器尺寸最小,并且保持電磁輻射(EMI)頻率在150KHz以下。對于Y型封裝,頻率端與控制端短接,開關(guān)頻率降為66KHz（半頻）,可用于對噪聲敏感的視頻領(lǐng)域或高效率備用電源模塊。 脈寬調(diào)制器利用可變占空比的電流輸入到控制端以驅(qū)動輸出MOSFET管實現(xiàn)電壓控制。最大占空比(Dcmax)是預(yù)設(shè)的MOSFET管最大導(dǎo)通比為78%（典型值）,當(dāng)輸入電壓升高時,最大占空比將從78%降到38%。 脈寬調(diào)制器占空比降低,輸出功率減小。當(dāng)占空比下降到10%以下時,為了保持輕載高效,頻率將線性地減小到占空比為0%的最小頻率30KHz和15KHz（分別對應(yīng)正常工作頻率的132KHz和66KHz）。降低了開關(guān)損耗并保持了低的輸出紋波。 并聯(lián)調(diào)整器兼具有誤差放大器的功能。并聯(lián)調(diào)整器的基準(zhǔn)電壓來源于經(jīng)溫度補償后的帶隙基準(zhǔn)值。誤差放大器增益通過控制端的動態(tài)阻抗被設(shè)定�？刂贫丝刂仆怆娐沸盘柕綐�(biāo)準(zhǔn)電壓Vc�？刂贫穗娏鞒~部分被分離給并聯(lián)調(diào)整器和流過Re作為誤差電壓信號。 加電時,在輸入線電壓達(dá)到UV閾值之前,UV保持TOPSwitch-GX關(guān)斷。掉電時,輸出超過規(guī)定值后,UV防止了自動-重啟動。從L或M端到DC高電壓端的電阻設(shè)定了UV在加電時的閾值。同樣的方法設(shè)定了OV閾值,一旦超過它,強迫TOPSwitch-GX輸出關(guān)斷。UV和OV閾值之比被設(shè)定為4.5。 TOPSwitch-GX通過控制流入L端電流或從X端流出的電流和從M端流入或流出的電流實現(xiàn)開/關(guān)切換。另外,L端連接有1V閾值比較器,這個閾值電壓也能實現(xiàn)遠(yuǎn)程開/關(guān)控制。在X、L或M和源極之間用晶體管或光耦輸出連接實現(xiàn)了激活打開功能,在L或M和控制極之間用晶體管或光耦連接實現(xiàn)了激活關(guān)斷功能。 在啟動持續(xù)10ms后,軟啟動的二個功能被激活。最大占空比開始從0%線性地增加到默認(rèn)的78%,并且限制電流開始從大約85%線性地增加到100%。除此之外,軟啟動在自動-重啟動期間每次企圖重啟動和在遠(yuǎn)程關(guān)斷或熱關(guān)斷下,控制電壓滯后調(diào)節(jié)后重啟動時也被激活。軟啟動有利于輸出過沖最小和防止變壓器飽和。 在惡劣條件下,為了將TOPSwitch-GX的功率損耗減小到最低,如果缺乏持續(xù)的調(diào)節(jié)環(huán)境,關(guān)斷/自動-重啟動電路在自動-重啟動占空比4%（典型值）轉(zhuǎn)換電源開和關(guān)�？刂贫穗妷赫{(diào)節(jié)在分流模式和滯后的自動-重啟動模式間轉(zhuǎn)換。 圖2所示電路是一款30W高效通用電源電路。該電路利用TOPSwitch-GX的某些特點降低了系統(tǒng)成本和減小了電源尺寸,并且改善了效率。實現(xiàn)了初次級的完全隔離。這種設(shè)計在12V輸出時,提供輸出功率為30W,輸出紋波不大于50mVp-p,輸入電壓范圍為85～265VAC,環(huán)境溫度為50℃,使用TOP224Y在滿載下可達(dá)到標(biāo)稱效率80%。 電流限制通過外部電阻R1和R2被設(shè)定。隨著線性電壓的升高,電阻R1和R2分壓提供給X端的信號降低了電流限制。電阻R4提供了線性檢測,設(shè)置UV為100VDC和OV為450VDC。R5,C5提供環(huán)路補償。次級電壓通過D8,C10,C11整流、濾波,L3,C12開關(guān)噪聲濾波后輸出直流電壓。使用60V的肖特基整流器（D8）使輸出可達(dá)15V,提高了電源效率。輸出電壓由齊納二極管（VR2）、光耦（U2）內(nèi)部二極管和電阻R6決定。在非線性、加載和元件參數(shù)變化時,電阻R8提供給齊納二極管VR2偏置電流,調(diào)節(jié)12VDC輸出電壓穩(wěn)定在±5%。 低成本瞬間觸點開關(guān)在一些應(yīng)用程序（如打印機）要求的微處理器控制下能用于開/關(guān)TOPSwitch-GX電源。低效遠(yuǎn)程關(guān)斷這一特點允許使用少量外部元件實現(xiàn)這一精美功能,如圖3所示。每當(dāng)用戶閉合按鈕瞬間觸點開關(guān)P1時,光耦U3被激活,把信號傳送給微處理器的邏輯輸入端。首先,當(dāng)電源斷開時(M端處于浮動狀態(tài)),P1關(guān)閉,通過一只二極管短接TOPSwitch-GX的M端和源極打開電源。當(dāng)次級輸出電壓VCC建立時,微處理器被激活并且確認(rèn)由光耦U3輸出信號驅(qū)動開關(guān)狀態(tài)輸入,開關(guān)P1關(guān)閉。然后微處理器通過光耦U4發(fā)送電源控制信號使電源處于接通狀態(tài)。如果用戶再次按下開關(guān)P1,發(fā)出關(guān)斷命令,微處理器通過光耦U3檢測它并且啟動產(chǎn)品專用的關(guān)程序。例如,在噴墨打印機中,關(guān)程序包括可以在存儲位置安全地停止打印頭。在有磁盤驅(qū)動器的產(chǎn)品中,關(guān)程序包括保存數(shù)據(jù)和調(diào)整磁盤。在關(guān)程序完成后,安全地關(guān)掉電源時,微處理器通過斷開光耦U4釋放M端。如果手動開關(guān)和光耦U3、U4不設(shè)置接到M端,當(dāng)M端開路時,電容CM可以防止噪聲耦合到這個端。 電源也能通過局域網(wǎng)或由光耦U4輸入LED邏輯信號到并行或串行口遠(yuǎn)程控制打開。有時通過一根電纜(如交流耦合電纜)替代直流邏輯電平發(fā)送一列邏輯脈沖作為提醒信號,是更容易的。因此,簡單的RC濾波器用來產(chǎn)生一個直流電平去驅(qū)動U4(在圖3中沒有顯示出來）。遠(yuǎn)程打開特點能用來提醒外圍設(shè)備,例如打印機、掃描儀、外部的調(diào)制解調(diào)器、磁盤驅(qū)動器等。如果外圍設(shè)備在一個時段內(nèi)不保存功率,則通常被設(shè)計為自動關(guān)斷狀態(tài)。 綜上所述,除了使用少量元件之外,TOPSwitch-GX 在這類應(yīng)用中還提供了許多技術(shù)優(yōu)勢：如在關(guān)斷模式下功率消耗極小,低成本、低電壓/電流,使用瞬間觸點開關(guān),瞬間開關(guān)無需防反跳電路,設(shè)計靈活等。采用TOPSwitch-GX系列開關(guān)器件可以設(shè)計出各種高效率、多輸出端電源,廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。■ 參考文獻(xiàn) 1 Power Integrations , INC. TOPSwitch-GX(TOP242-249) Datasheets, November.2000 2 Power Integrations , INC. TOPSwitch Datasheets, 1997.10 |
66821730(技術(shù)支持)
