傳統的線性穩壓電源有著輸出電壓穩定度高，紋渡電壓小的優點，是一種極其可靠的電源。但其缺點是電源效率低，需要使用笨重龐大的工頻變壓器。為了找到一種新型的電源，人們

20世紀60年代發明了自激振蕩推挽晶體管單變壓器和直流式推挽雙變壓器，從而實現了高頻轉換控制電路，并由此出現了晶閘管(舊稱可控硅)相位控制式開關電源，而且用分離元件制成了開關電源，但終因技術問題，效率不高、開關頻率很低，而且電路復雜、調試困難，難于推廣，其應用也受到極大的限制。直到70年代后期，隨著集成電路設計與制作技術的進步，大功率硅晶體管耐壓提高、二極管反向恢復時間縮短，各種開關電源專用芯片大量問世，最終去掉了工頻變壓器和低頻濾波電感。由于利用體積很小的高頻變壓器來實現電壓變換及電網隔離，因此大大減小了整機的體積和重量，同時也提高了工作效率。

1開關電源的工作原理

圖l所示是一個開關電源的典型電路圖，圖2是其原理框圖。

從圖2可以簡單概述出開關電源的基本原理：50Hz單相交流220 v電壓經過EMI防電磁干擾電源濾波器整流濾波后，再將濾波后的直流電壓經變換電路變換為數十或數百千赫茲的高頻方波或準方渡電壓，然后通過高頻變壓器隔離并降壓(或升壓)后，再經高頻整流、濾波電路，最后輸出直流電壓。事實上，通過采樣、比較、放大、控制和驅動電路來控制變換器中功率開關管的占空比，便能得到穩定的輸出電壓。

從能量角度分析，由于高頻變壓器初級繞組Np的極性與次級繞組Ns、反饋繞組NF的極性相反，因此，當TOPSwitch芯片導通時，次級整流管VD2截止，此時電能以磁能形式存儲在初級繞組中；而當TOPSwitch芯片截止時，Vn2導通，能量將傳輸給次級。

對于圖1電路，反饋繞組電壓經過VD3和CP整流濾波后，將獲得的反饋電壓VFB，經光耦合器中的光敏三極管給TOPSwitch芯片的控制端提供偏壓。為了更好的穩壓，控制端c的旁路電容由兩個穩壓管和一個電解電容組成。設穩壓管VDZ2的穩定電壓為Vz2，限流電阻R1兩端的壓降為VR，光耦臺器中LED發光二極管的正向壓降為VF，那么，輸出電壓V0可表示為：

V0=VZ2+VF+VR

當某種原因(如交流電壓升高或負載變輕)致使V0升高時，流過LED的電流IF增大，通過光耦合器調節使TOPSwitch芯片的控制端電流IC增大。由于TOPSwitch芯片的輸出占空比D與IC成反比，故在D減小時，會迫使V0降低，從而達到穩壓的目的。反之，D增大，將迫使V0升高，同樣也可達到穩壓的效果。由此可見，反饋電路正是通過調節TOPSwiteh芯片的占空比，來使輸出電壓趨于穩定的。

2 TOPswitch-II器件的內部結構

TOPSwitch-Il芯片的內部結構如圖3所示，它主要包括控制電壓源、帶隙基準電壓源、高壓電流源、并聯調整器，誤差放大器、振蕩器、門驅動級和輸出級、脈寬調制器、過電流保護電路、過熱保護及上電復位電路、關斷，自動重啟動電路等十部分。

21控制電壓源

控制電壓源主要用于向并聯調整器和門驅動級提供偏置電壓。它有兩種工作模式，一種是滯后調節模式。用于啟動和過載這兩種情況，具有延遲控制作用；另一種是并聯調節模式，用于分離誤差信號和控制電路的高壓電流源。

2 2帶隙基準電壓源

帶隙基準電壓源可向內部提供各種基準電壓，也可以產生一個具有溫度補償且能調整的電流源，可用于精確設定振蕩器頻率和門驅動級電流。

2．3高壓電流源

在啟動或啟動之后的調節模式下，高壓電流源可經過電子開關給內部電路提供偏置，并對控制端與源極之間的旁路電容進行充電。電源正常工作時，電子開關改接內部電源，并將高壓電流源關斷。

2．4并聯調整器，誤差放大器

并聯調整器的作用是當加到控制端的反饋電流超過所需電流值時，通過并聯調整器進行分流，從而保證控制電壓為5．7 V(典型值)。誤差放大器的同相輸入端接5．7 v精密基準電壓可作參考電壓；輸出端接一只P溝道場效應管，可起緩沖放大作用。反相輸人端接控制極反饋取樣電壓，誤差放大器的增益由控制端的動態阻抗ZC定。

2 5振蕩器

內部振蕩電容在所設定的上、下閾值電壓之間周期性的充、放電，可以產生脈寬調制所需要的鋸齒波、最大占空比信號和時鐘信號。振蕩器的固定頻率為100 kHz。通過調節基準電流可提高頻率準確度。

2．6脈沖寬度調制器

脈寬調制器是電流反饋式控制電路。流入控制極的電流在電阻RE兩端產生壓降，并經Rc低通濾波后，可以濾掉開關噪聲電壓，然后輸入到PWM控制器的同相端與振蕩器輸出的鋸齒波電壓相比較，從而產生脈寬調制信號。脈寬調制信號通過與門、或門之后?？蓪⒂|發器置零，以使Q=0并把MOSFET關斷；而時鐘信號再把觸發器置1，Q=1，從而又使MOSFET導通，由此即可實現脈寬調制信號的功率輸出。此外，時鐘信號還起到同步作用。PwM控制器的輸出脈沖寬度與控制極電流Ic成反比，用該信號驅動MOSFET管可以實現穩壓控制。

2 7關閉，自動重啟動功能

為了減少TOPSwitch-Ⅱ芯片的功耗，在電路超過調整狀態時(即調節失控)，關斷，自動重啟動電路會立即以5％的占空比接通和關斷電源，故障排除后，控制電壓又回到并聯調節模式，此后自動重啟動電源恢復正常工作。自動重啟動的頻率為1.2Hm。

3精密復合式雙路輸出開關電源電路

雖然開關電源已經表現出十分優越的性能，但與同功率的線性電源相比，其輸出直流電壓的紋渡含量還是大的多。為了降低開關電源的紋波含量，可以把單片開關電源當作前級穩壓器，用其輸出直流電壓為線性集成穩壓器供電，再進一步穩壓，從而實現優勢互補，以構成理想的高效精密穩壓電源。

圖4所示是一種實用的精密復合式雙路輸出開關穩壓電源的結構圖，圖5是其具體電路。該電路方案它具有輸出紋波電壓低、效率高、體積小和重量輕等優點。

此例是一個+5 v和+3.3 v的雙路輸出開關電源。若主輸出U01為+5 v，輔輸出U02為+3.3 V，則可作為激光打印機、監視器的電源。若將+3 3 v設計成主輸出，+5 v作為輔輸出，即可作為筆記本電腦的開關電源。為提高+3．3 v輸出電壓的穩定度，在輸出端還可增加一片可調式精密并聯穩壓器TL431。該電源的基本參數如下；

(1)固定輸入：220V±15％；

(2)雙路輸出電壓U01：+5 V／I.5A；U02：+3.3V/0．4 A：

(3)輸出功率P0：15w;

(4)交流輸入電壓最小值VACmin:195 v；

(5)交流輸人電壓最大值VACmax:265 v；

(6)網頻率fL：50Hz；

(7)開關頻率f：100 kHz；

(8)損耗因數Z：典型值0．5 (代表次級損耗與總損耗的比值)。

4 結束語

單片開關電源具有高集成度、高性價比、最簡外圍電路、最優性能指標等特點。本文介紹的雙路輸出精密復合式開關穩壓電源采用TOPSwiteh-器件作為前級穩壓器，來給低壓差線性穩壓器LTl528和TPS79133提供直流輸人電壓，然后利用低壓差線性穩壓器獲得高質量的穩壓輸出。由于兩路輸出分別為+5 v和+3.3 v，所以，該實例既可以做激光打印機、監視器的電源，也可以做筆記本電腦的開關電源。該復合式開關電源采用了較新的電路結構，彌補了開關電源輸出紋波較大和線性電源體積大、功耗大的不足，因而具有一定的創新性和先進性。