摘　要: TOPSwitch Ⅱ系列芯片是Power Integration 公司生產的開關電源專用集成電路,他將脈寬調制電路與高壓MOSFET 開關管及驅動電路等集成在一起,具備完善的保護功能。使用該芯片設計的小功率開關電源,可大大減少外圍電路,降低成本,提高可靠性。介紹其內部結構和工作原理,給出幾種應用于反激式功率變換電路的典型用法,并給出一種反激式開關電源的實用電路。

關鍵詞:開關電源; TOPSwitch Ⅱ;反激;高壓MOSFET 開關管

　引　言

功率開關管、PWM 控制器和高頻變壓器是開關電源必不可少的組成部分。傳統的開關電源一般均采用分立的高頻功率開關管和多引腳的PWM 集成控制器,例如采用UC3842 + MOSFET 是國內小功率開關電源中較為普及的設計方法。

90 年代以來,出現了PWM/ MOSFET 二合一集成芯片,他大大降低了開關電源設計的復雜性,減少了開關電源設計所需的時間,從而加快了產品進入市場的速度。二合一集成控制芯片多采用3 腳,4 腳,5 腳,7 腳和8 腳封裝,其中美國功率集成公司于97 年推出的三端脫線式TOPSwitch Ⅱ系列二合一集成控制器件,是該類器件的代表性產品。

TOPSwitch Ⅱ器件簡介

TOPSwitch 系列器件是三端脫線式PWM 開關( Three-terminal Off-line PWM Swtich ) 的英文縮寫。TOPSwitch 系列器件僅用了3 個管腳就將脫線式開關電源所必需的具有通態可控柵極驅動電路的高壓N 溝道功率的MOS 場效應管,電壓型PWM 控制器,100 kHz 高頻振蕩器,高壓啟動偏置電路,帶隙基準,用于環路補償的并聯偏置調整器以及誤差放大器和故障保護等功能全部組合在一起了。

TOPSwitch Ⅱ系列器件是TOPSwitch 的升級產品,同后者相比,內部電路做了許多改進,器件對于電路板布局以及輸入總線瞬變的敏感性大大減少,故設計更為方便,性能有所增強。其型號包括TOP221～ TOP227 ,內部結構如圖1 所示。

漏極　連接內部MOSFET 的漏極,在啟動時,通過內部高壓開關電流源提供內部偏置電流。

源極　連接內部MOSFET 的源極,是初級電路的公共點和基準點。

控制極　誤差放大電路和反饋電流的輸入端。在正常工作時,由內部并聯調整器提供內部偏流。系統關閉時,可激發輸入電流,同時也是提供旁路、自動重啟和補償功能的電容連接點。

控制電壓　控制極的電壓V c 給控制器和驅動器供電或提供偏壓。接在控制極和源極之間的外部旁路電容CT ,為柵極提供驅動電流,并設置自動恢復時間及控制環路的補償。在正常工作(輸出電壓穩定) 時,反饋控制電流給V c供電,并聯穩壓器使V c 保持在4. 7 V。在啟動時,控制極的電流由內部接在漏極和控制極之間的高壓開關電流源提供?？刂茦O電容CT放電至閾值電壓以下時,輸出MOSFET 截止,控制電路處于備用方式。此時高壓電流源接通,并再次給電容CT 充電。通過高壓電流源的接通和斷開,使V c 保持在4. 7～5. 7 V 之間。

帶隙基準　TOPSwitch Ⅱ內部電壓取自具有溫度補償的帶隙基準電壓。此基準電壓也能產生可微調的溫度補償電流源,用來精確地調節振蕩器的頻率和MOSFET柵極驅動電流。

振蕩器　內部振蕩器通過內部電容線性地充放電,產生脈寬調制器所需的鋸齒波電壓。為了降低EMI 并提高電源的效率,振蕩器額定頻率為100 kHz 。