第四代TOPSwitchGX系列单片开关电源（1）

发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:406

　　开关电源由于在体积、重量、效率和可靠性等多方面的优势,目前在计算机、通信、家用电器、雷达、空间技术等众多领域中已完全取代了传统的线性稳压电源。美国powerintegrations公司在20世纪90年代推出的单片集成化开关电源topswitchi、ii、fx系列产品，为新型、高效、低成本开关电源的推广与普及创造了良好条件，被誉为“顶级开关电源”。但是这些ic电源仍存在一些不足：纹波电压较大、空载和轻载损耗大、高温工作时输出功率受限、启动时元件承受较大的尖峰电压和电流以及设计不够灵活等。针对这些不足之处，powerintegrations公司优化了芯片的内部布局，改进了电路功能，于2001年新推出了topswitch家族的第四代芯片:topswitchgx系列。

　　topswitchgx系列不仅继承了早期的topswitch将高压功率mosfet管、pwm控制、故障自动保护及其它控制电路集成在一个cmos芯片上的优点，而且还增加了许多新功能，从而有效地降低了电源系统成本，提高了电源性能，改善了设计灵活性并扩展了电源输出功率。其中的top250型芯片是世界上功率最高的单片电源ic，其最大输出功率可达290w，该芯片极大地扩展了开关电源芯片在大功率领域内的应用范围。

　　2新增功能介绍

　　topswitchgx系列新增的主要功能及其优点如下：
　
　　1）更宽的输出功率范围，最大可达290w;

　　2）可减少外围器件的损耗;

　　3）在极低压或过压时能实现完全软启动，进一步减小了器件在启动时的电压、电流应力；

　　4）外部可编程精确地设定限制电流，减小了变压器铁芯体积，提高了电源效率;

　　5）更大的占空比，能提供更大的输出功率并减小了输入电容;

　　6）在y、r、f型式封装中将电压检测管脚与限流管脚分开封装，提高了设计的灵活性;

　　7）欠压保护，不会造成误关断;

　　8）有过压保护，可以限制浪涌电流;

　　9）采用线电压前馈,减小了低压时的输出电压纹波，限制了高压时的最大占空比（dmax）;

　　10）有3％的频率抖动，减小了电磁干扰（emi）,并降低了emi滤波器的损耗;

　　11）空载、轻载时可降低工作频率，使输出电路无需加假负载，从而显著地减少了能量损耗;

　　12）高达132khz的工作频率，减小了变压器和电源的体积;

　　13）在视频应用时可选择半频（66khz）运行（只限于y、r、f封装）;

　　14）温度范围更宽的滞后热关断，允许电源在高温下输出更大的功率，并有效地防止装置过热。

　　topswitchgx系列的这些优点使其可广泛地应用于手提电脑、pda、集线器、交换器、路由器、台式电脑、小型服务器、机顶盒、数码电视、打印机、dvd播放器、ups、电视游戏机、音频放大器等装置中。

　　3管脚功能描述

　　topswitchgx系列有top242—top250的9种不同容量型号，又分为y、p、g、r、f等5种封装形式。根据封装形式不同，topswitchgx系列芯片新增的管脚数也不同。p、g型封装与第三代芯片topswitchfx系列一样只有d、s、c、m四个管脚，而y、r、f型封装则有六个管脚：d、s、c、f、x、l。图1为y/r/f型封装芯片引脚及内部功能方框图。y、r、f型封装的管脚功能如下。

　　漏极管脚（d）高压功率mosfet漏极输出。通过此脚从高压开关电流源输入内部启动偏置电流。

　　控制管脚（c）用于调节占空比的误差放大器与电流输入脚。在正常操作期间通过连接至内部分流调节器来提供内部偏置电流，也可以作为电源的旁路和自动重启/补偿电容的连接点。

　　源极管脚（s）将其连接至输出mosfet源极时可得到高压功率回馈。

　　电压检测管脚（l）作为欠压保护（uv）、过压保护(ov)、减少dmax的线性前馈及远程开/关等4项功能的控制脚。当脚l与脚s短接时，各项功能均不起作用；当l脚串联电阻接至电源母线时，可实现uv、ov及随母线电压减少dmax的3项功能；当脚l通过电阻与脚c相连，并外接一级开关信号放大电路时可以实现远程控制开/关的作用。

　　外部限流管脚（x）用于外部电流限制值设置的输入脚。当串联电阻接至地线时为外部可编程精确设定限流值，当串电阻接至电源母线时可随母线电压调节限流值。

　　频率管脚（f）用于选择开关频率的输入脚。在多数应用场合下将脚f连接至源极管脚s，此时开关频率为132khz。在一些特殊应用场合如对噪音敏感的音频设备中，将脚f连接至控制管脚c时开关频率降为66khz以减小干扰。

　　4典型应用实例

　　4130w通用高效电源

　　图2是一个30w高效通用电源电路。该电路利用topswitchgx的某些特点降低了系统成本和减小了电源尺寸，并且改善了效率。实现了初、次级的完全隔离。电源性能指标为：输出电压为12v，输出功率为30w，输出纹波不大于50mvpp，输入电压范围为85～265v交流，环境温度为50℃，满载时可达到标称效率80％。

　　电