TOPS witch单片开关电源的原理及应用
发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:542
关键词:单片开关电源;脉宽调制;原理;应用
引言
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。to pswitch器件是美国功率集成公司(power integrations)于20世纪90年代中期推出的新型高频开关电源芯片。它是三端脱线式pwm开关(three-terminal offline pwm swtich)的英文缩写, 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150w以下开关电源的设计,使电路大为简化,体积进一步缩小,成本也明显降低。
1 topswitch产品分类
topswitch包括top100系列(top100y~top104y)、top200系列(top200y~top202y,top214y)、to p209/210 系列、topswitch- ⅱ系列( top221~top227)。topswitch - ⅱ是top-sw itch 的改进型号,它将单电压输入时的最大功率100w提高到150w,电磁兼容性也得到增强,具有更高的性能价格比,现已成为国际上开发中、小功率开关电源模块的优选集成电路。topswitch- ⅱ所包括的几个型号之间的区别在于输出功率的不同,其产品分类见表1。
2 topswitch结构
topsw itch 有三种封装形式,其中,top221y~top227y采用to-220封装,有3个引脚; top221p/g~top224p/g采用dip-8封装及smd-8封装,有8个引脚,但8只管脚中有6只管脚实际是连在一起作为s端,故可简化成3只管脚,这样它仍系三端器件。3个引出端分别是漏极端d、源极端s和控制端c。其中,d是内装mosfet的漏极,也是内部电流的检测点,启动操作时,漏极端由一个内部电流源提供内部偏置电流。控制端c控制输出占空比,是误差放大器和反馈电流的输入端。在正常操作时,内部的旁路调整端提供内部偏置电流,且能在输入异常时自动锁定保护。源极端s是mosfet的源极,同时是top开关及开关电源初级电路的公共接地点及基准点。
表1 topswitch-ⅱ的产品分类及最大输出功率
3 topswitch 性能特点
3.1 安全性高
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。
3.2 系统效率高
topswitch 系采用cmos工艺制作,并在芯片中集成了尽可能多的功能,故与采用二极管或分立的功率开关电路相比,偏置电流显著降低。开关电源所需的功能集成于芯片中后, 外部的电流传感电阻和初始启动偏压电流的电路均可除去,系统效率大大提高。特别是topswitch 器件专门针对反激式功率变换电路进行了优化,使占空比最大值可达70%, top100y~top104y 和top200y~top202y/top214y 的效率可达90%,top209/top210的效率也可超过80%。
3.3 设计简化
topswitch 器件在3脚的to -220封装中集成了pwm控制器和高压mosfet功率开关,只需外接一个电容就能实现补偿、旁路、启动和自动重启功能。另外,美国功率集成公司还为topswitch器件提供了许多标准设计的电路板,使应用topswitch的设计更为方便,极大地缩短了产品开发至进入市场所需的时间。
3.4 应用灵活性高
topswitch器件支持降压型、升压型、正激式和反激式功率变换电路,并且很容易和光耦及变压器初级的反馈电路结合,无论在连续传导模式和不连续传导模式下均可工作;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,但最大输出功率比前者降低40%。
3.5 功能完善的系统级故障保护
topswitch具有自动重启和逐周电流限制功能,故可对功率变压器初级和次级电路的故障进行保护。topswitch还具有在片热关闭选通功能,可在电路超负荷时有效地保护电源。
3.6 外围电路简单且成本低廉
使用topswitch器件,可减少20个~50个元器件,使产品的大小和重量减少50%;topswitch因采用了源极调节板和可控的mosfet 通态驱动,故电磁干扰(emi
关键词:单片开关电源;脉宽调制;原理;应用
引言
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。to pswitch器件是美国功率集成公司(power integrations)于20世纪90年代中期推出的新型高频开关电源芯片。它是三端脱线式pwm开关(three-terminal offline pwm swtich)的英文缩写, 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150w以下开关电源的设计,使电路大为简化,体积进一步缩小,成本也明显降低。
1 topswitch产品分类
topswitch包括top100系列(top100y~top104y)、top200系列(top200y~top202y,top214y)、to p209/210 系列、topswitch- ⅱ系列( top221~top227)。topswitch - ⅱ是top-sw itch 的改进型号,它将单电压输入时的最大功率100w提高到150w,电磁兼容性也得到增强,具有更高的性能价格比,现已成为国际上开发中、小功率开关电源模块的优选集成电路。topswitch- ⅱ所包括的几个型号之间的区别在于输出功率的不同,其产品分类见表1。
2 topswitch结构
topsw itch 有三种封装形式,其中,top221y~top227y采用to-220封装,有3个引脚; top221p/g~top224p/g采用dip-8封装及smd-8封装,有8个引脚,但8只管脚中有6只管脚实际是连在一起作为s端,故可简化成3只管脚,这样它仍系三端器件。3个引出端分别是漏极端d、源极端s和控制端c。其中,d是内装mosfet的漏极,也是内部电流的检测点,启动操作时,漏极端由一个内部电流源提供内部偏置电流。控制端c控制输出占空比,是误差放大器和反馈电流的输入端。在正常操作时,内部的旁路调整端提供内部偏置电流,且能在输入异常时自动锁定保护。源极端s是mosfet的源极,同时是top开关及开关电源初级电路的公共接地点及基准点。
表1 topswitch-ⅱ的产品分类及最大输出功率
3 topswitch 性能特点
3.1 安全性高
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。
3.2 系统效率高
topswitch 系采用cmos工艺制作,并在芯片中集成了尽可能多的功能,故与采用二极管或分立的功率开关电路相比,偏置电流显著降低。开关电源所需的功能集成于芯片中后, 外部的电流传感电阻和初始启动偏压电流的电路均可除去,系统效率大大提高。特别是topswitch 器件专门针对反激式功率变换电路进行了优化,使占空比最大值可达70%, top100y~top104y 和top200y~top202y/top214y 的效率可达90%,top209/top210的效率也可超过80%。
3.3 设计简化
topswitch 器件在3脚的to -220封装中集成了pwm控制器和高压mosfet功率开关,只需外接一个电容就能实现补偿、旁路、启动和自动重启功能。另外,美国功率集成公司还为topswitch器件提供了许多标准设计的电路板,使应用topswitch的设计更为方便,极大地缩短了产品开发至进入市场所需的时间。
3.4 应用灵活性高
topswitch器件支持降压型、升压型、正激式和反激式功率变换电路,并且很容易和光耦及变压器初级的反馈电路结合,无论在连续传导模式和不连续传导模式下均可工作;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,但最大输出功率比前者降低40%。
3.5 功能完善的系统级故障保护
topswitch具有自动重启和逐周电流限制功能,故可对功率变压器初级和次级电路的故障进行保护。topswitch还具有在片热关闭选通功能,可在电路超负荷时有效地保护电源。
3.6 外围电路简单且成本低廉
使用topswitch器件,可减少20个~50个元器件,使产品的大小和重量减少50%;topswitch因采用了源极调节板和可控的mosfet 通态驱动,故电磁干扰(emi
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