摘　要：topswitch器件是一种新型单片开关电源芯片，它除了一般的pwm控制功能外，还集成了自动重启功能，过流、过热保护功能，大功率mosfet等。本文介绍了topswitch系列芯片的工作原理以及设计方法。使用它制作高频开关电源，具有成本低，电路简单，效率高等优点。

　　关键词：单片开关电源；脉宽调制

　　1概述

　　开关电源因具有重量轻、体积小、效率高、稳压范围宽等优点，在电子电气、控制、计算机等许多领域的电子设备中得到了广泛的使用。topswitch（three-terminaloff-linepwmswitch）单片开关电源是美国pi(powerintegration)公司于上世纪90年代中期推出的新型高频开关电源芯片，被誉为"顶级开关电源"，它仅用了3个管脚就将脱线式开关电源所必需的具有高压n沟道功率mos场效应管、电压型pwm控制器、100khz高频振荡器、高压启动偏置电路、基准电压、用于环路补偿的并联偏置调整器、误差放大器和故障保护功能块等全部集成在一起了。采用topswitch器件的开关电源与分立的mosfet功率开关及pwm集成控制的开关电源相比，具有电路结构简洁、成本低廉、性能稳定、制作及调试方便,自保护完善等优点。典型的topswitch单端反激式开关电源电路原理图如图1所示。
　　2topswitch系列芯片工作原理

　　图2为topswitch芯片的内部结构图，topswitch芯片是一个自偏置、自保护的电流--占空比线性控制转换器。通常在控制极和源极之间，紧靠其管脚，并联一个外部旁路电容。

　　电源启动时，连接在漏极和源极之间的内部高压电流源向控制极充电，在re两端产生压降，经rc滤波后，输入到pwm比较器的同相端，与振荡器产生的锯齿波电压相比较，产生脉宽调制信号并驱动mosfet管，因而可通过控制极外接的电容充电过程来实现电路的软启动。当控制极电压uc达到5.7v时，内部高压电流源关闭，此时由反馈控制电流向uc供电。在正常工作阶段，由外界电路构成电压负反馈控制环，调节输出级mosfet的占空比以实现稳压。当输出电压升高时，uc升高，采样电阻re上的误差电压亦升高。而在与锯齿波比较后，将使输出电压的占空比减小，从而使开关电源的电压减小。当控制极电压低于4.7v时，mosfet管关闭，控制电路处于小电流等待状态，内部高压电流源重新接通并向uc充电，其关断/自动复位滞回比较器可使uc保持在4.7v~5.7v之间。图3所示是其运行波形图，中a图为正常运行波形，ｂ图为自动重启波形。自动重启电路具有一个八分频计数器，可以阻止输出级mosfet再次导通，直到八个放电--充电周期完成为止。因此，在自动重启期间，占空比控制在５%左右可有效地限制芯片的功耗。自动重启动电路一直工作到uc进入受控状态为止[1]。

　　3开关电源的电路设计

　　1）选择topswitch芯片的型号

　　设电源的输出总功率为，功率因素为（一般取＝80％），则输入功率，为了使芯片能稳定运行，另外还需要在考虑一定的设计余量（一般取10％以上）。to-220(y)封装的topswitch－ii系列芯片的负载能力如表1所示，根据计算出的功率值，选择相应的芯片。

　　2）输入整流滤波电路设计

　　选用top224y芯片设计一台输出27w的开关电源，电路原理图如图4所示，输出电压为12v1a和5v3a。整流滤波电路包括输入交流滤波、整流、电容稳压三部分。s为电源选择开关，当s1闭合时选择110v倍压整流电路。r1和r2为均衡电阻，可以平衡c1，c2上的电压，避免某一电容因压降过高而被击穿，此外，在断电后这两只电阻还给电容提供了泄放回路。当s断开时就选择220v交流电，此时c1与c2相串联。

　　交流滤波可使用技术成熟的π型滤波电路，具体参数推荐如下：去除差模干扰的c3和c4为0.1～2μｆ；去除共模干扰的c5、c6为2.2～33ｎｆ；ｌ1为5～15ｍｈ，采取双线并绕。因c6的容量较大(0.47μf)，在其上并联电阻r20，在断电后c6经r12进行放电。

　　3）变压器设计

　　单端反激式高频开关变压器是开关电源的关键器件，在电路中兼有储能、限流和隔离作用，又因流过电流直流成分，设计难度比较大，应精心设计，此外，要设计出性能优良的开关电源，高频变压器的参数值往往要经过多次调整。参考文献[2]中全面的讲解了高频变压器设计的各个要点，本文不在赘述。

　　4）输出整流滤波电路设计

　　输出整流滤波电路由整流二极管和滤波电容构成，输出整流二极管的开关损耗占系统损耗的六分之一到五分之一，是影响开关电源效率的主要因素，包括正向导通损耗和反向恢复损耗。由于肖特基二极管导通时正向压降较低，因此具有更低的正向导通损耗。此外，肖特基二极管反向恢复时间短，在降低反向恢复损耗，以及消除输出电压中的纹波方面有明显的性能优势，选用肖特基二极管作为整流二极管。对输出滤波电容，选用esr(等效串联阻抗)低耐压高的电容[3]。

　　5）钳压齐纳管(vr1)和阻断二极管(vd1)的选择

　　每个开关周期内，topswitch芯片的关