摘要：介绍了一种采用TOP227Y智能集成芯片设计的开关电源。详细地介绍了该芯片的性能特点。根据TOP227Y的特性给出了该开关电源的设计方法，对外围电路的设计进行了详细的介绍，并给出了该开关电源的性能测试结果。
关键词：开关电源；TO0Switch：脉宽调制

O 引言
TOPSwitch单片开关电源芯片是美国PI公司于上世纪90年代中期推出的新型高频开关电源芯片，它是三端离线式PWM开关(Three Terminal 0ffLine PWM Switch)的缩写，被誉为“顶级开关电源”。其特点是将高频开关电源中的PWM控制器和M0SFET功率开关管集成在同一芯片上，是一种二合—器件。其第一代产品是1994年推出的TOPl00／200系列；第二代产品是1997年推出的TOPSwitch—II系列。这些产品一经问世，便显示出了强大的生命力，被广泛应用于仪表、显示器、开关电源、VCD／DVD、手机充电器等各种领域，形成了一种高效、低成本、新型的开关电源模式。同时因为其简易的设计方法，使得TOOPSwitch芯片在应用中更显得得心应手。应用该芯片设计的开关电源，具有效率高、体积小以及外围电路简单等优点。可以预见，应用TOPSwitch系列芯片所设计的单片开关电源必将在更广泛的领域得到应用。

1 TOP227Y芯片性能特点及其内部框图
1．1 TOP227Y芯片性能特点
TOP227Y属于TOP系列的第二代产品，其功率开关管耐压值高达700V，具有以下显著特点。
1)将脉宽调制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、自动偏置电路、保护电路、高压启动电路和环路补偿电路，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、反激式开关电源的单片集成化。
2)属于漏极开路输出并利用电源来线性调节占空比实现AC／DC变换，电流控制型开关电源。
3)输入交流电压和频率的范围很宽。
4)只有3个引出端。能以最简单方式构成无工频变压器的反激式开关电源，其控制端属于多功能引出端，可完成多种控制、偏置及保护功能，具有连续和不连续两种工作模式，反馈电路有4种基本类型，能构成各种普通型和精密型开关电源。
5)开关频率的典型值为100kHz，允许范围是90～110kHz，占空比调节范围是1．7％～67％。
6)外围电路简单，仅须接整流滤波器、高频变压器、漏极嵌位保护电路、反馈电路和输出电路。
7)因芯片本身功耗很低，电源效率高，可达80％左右，最高可达90％。
8)若将它配以低压差线性集成稳压器，则可构成一种新型复合式开关电源，既保留了开关电源体积小、效率高的优点，又具有线性稳压电源稳定性好、纹波电压低等优良特性。
9)采用这种芯片能降低开关电源所产生的电磁干扰。
10)其工作温度范围是0～70℃，芯片最高结温Tom=135℃。
1.2 TOP227Y内部框图
TOP227Y的内部框图如图1所示，主要包括控制电压源、带隙参考基准电压源、振荡器、并联调整器／误差放大器、门驱动级和输出级、脉宽凋制器、过流保护电路、关断／自动重启动电路、上电复位电路、过热保护电路等。
TOP227Y的基本工作原理是利用反馈电路的Ic来调节占空比，D,从而达到稳压的目的。例如，当输出电压Vo↓时，经过光耦反馈电路使得Ic→D→Vo↑，最终使Vo保持不变，具体工作原理请参阅参考文献。

2 设计实例
根据技术要求，设计了一个输入为AC 220 V，输出为DC 5 V，20A的大功率开关电源。该开关电源的基本电路结构框图如图2所示。

由于TOPSwitch集成度高，设计工作主要是外围电路的设计。外围电路由输人整流滤波电路、箝位保护电路、变压器、输出整流滤波电路及反馈电路5部分组成。电路原理图如图3所示。

2．1 输入整流滤波电路设计
整流滤波电路包括输入交流滤波、整流和电容稳压3部分。交流滤波采用II型滤波电路，具体参数如下：去除共模干扰的Co、C1、C1为10nF；去除差模干扰的G2、G3，为1μF；10mH，采取双线并绕。整流电路选择不可控的整流桥。在当前供电条件下，电容G4的电容值可根据输出功率，每W对应l μF。假设整流桥中二极管导通时间为tc=3ms，可得电容的最小耐压值(最小直流输入电压)为

式中：VACmin最小交流电网电压；
Po为输出总功率；
η为系统的效率，可选择80％；
f为交流电网频率