新型运算放大器电源电路
发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:403
前言
电子电路中的运算放大器是高度精密器件，对电源系统的稳定性有极严格的指标要求。目前的运放电源普遍采用pwm开关电源形式。其中，常用的它激式开关电源一般采用集成电路如tl494、uc3842等配以相关外围元件，产生pwm信号驱动开关管，使变换电路工作在开关状态，经整流滤波最终实现dc/dc变换。这种方式振荡频率稳定，并且通过反馈电路容易实现过流、过压保护。为了追求电源的小型化和低成本，人们不断发明一些复合型集成电路，其中以topswitch系列集成电路最具有代表性。该器件集pwm信号控制电路和功率开关器件mosfet于一体，外形类似普通的功率晶体管，具备了pwm开关稳压电源所需的全部功能。此种电路构成的电源与前述电源相比较，电路稳定性更高，外围元器件更少，电路结构简洁，设计和调试也更为容易，是运算放大器及调理电路的理想电源。本文从应用角度对topswitch系列集成电路的原理及实用电路的设计进行讨论。
topswitch芯片结构与工作原理
topswitch芯片由美国power公司设计，其内部结构如图1所示。电路采用cmos制作工艺，内置mosfet功率开关管。该器件外部仅有三个控制管脚，d(漏极)为主电源输入端，连接内部mosfet漏极；c(控制)为误差放大电路和反馈电流信号输入端，利用控制电流调节占空比；s(源极)连接内部mosfet的源极，是电源公共端，也是控制电路的基准点。
图1 topswitch芯片结构
topswitch芯片特别适宜制作功率不大于100w的小型电源。topswitch系列电路芯片有多种型号，由于型号和功率
不同，其封装形式也不同。top系列器件的主要工作参数如下：工作频率100khz，自启动电压1.0v，占空比2～67%，mos2fet结温-40～150℃，控制电压-0.3～8v，漏极电压30～700v，控制电流100ma，欠压封锁门限4.7v，截止电流500μa，热保护温度145℃。topswitch芯片的开关频率为100khz，开关管占空比由c脚电流以线性比例控制。电路启动时，由漏极经内部高压电流源为c脚提供工作电压uc。实际电路中c脚外部应接入电容，以电容的充电过程控制uc逐步升高，完成电路的软启动过程。其pwm反馈控制回路由rc、采样电阻re、比较器a1和f1等元件组成。控制极电压uc为控制电路提供电源，同时也是pwm反馈控制回路的偏置电压。
比较器a2的基准电压设置为5.7v，当uc高于5.7v时，a2输出高电平。与此同时，pwm控制电流经电阻r与振荡器输出的锯齿波电流分别输入pwm比较器a3的+、-输入端，这时因反馈控制电流较小，从a3反向端输入的锯齿波信号经门电路g3和g4送至rs触发器b2的复位端。在锯齿波信号和时钟信号的共同作用下，rs触发器的输出端q被置为高电平，g4由振荡信号的控制，然后经两次反相，送到开关管f2的栅极，开关管处于开关状态，电源正常工作。
电路启动结束，uc升至门限电压(+4.7v)，a2输出高电平，驱动电子开关动作，控制电路的供电切换至内部电源。正常工作条件下，电路芯片通过外围电路形成电压负反馈闭环控制，调节开关管的占空比，实现输出电压的稳定。
topswitch芯片有独特的自启动功能，当电源输出呈现下述状态，电路转入自启动工作，实现保护的目的：(1)负载短路造成输出电压严重下降；(2)人为降低uc的电压使系统处于待机状态。在正常工作条件下，uc由电压负反馈电路决定：当电源输出电压由于某种原因上升，使uc升高，内部采样电阻re上端的误差电压ure升高，与振荡器输出的锯齿电压由a3比较后，输出控制使输出电压的占空比减小，电源输出电压则下降；当输出电压下降时，情况则相反。在自启动阶段(控制极电压uc低于门限电压+5.7v时)，控制电路进入低功耗的待命状态。此时，由于比较器a2的滞回特性，电子开关频繁在高压电流源和内部电源之间进行切换，使得uc值保持在4.7～5.7v之间。自启动电路由8分频计数器完成延时功能，阻止输出级mosfet管f2连续导通，直到8个充电/放电周期完全结束后，才可再次导通。在自启动期间，mosfet管的占空比被控制在5%左右，限制电路输出电压和产生功耗。topswitch电路芯片通过预置uimax值来实现过流保护。芯片内部设有精密温度检测电路，当mosfet的结温高于145℃时，控制电路截mosfet，实现过热保护。
典型应用电路设计
前言 电子电路中的运算放大器是高度精密器件，对电源系统的稳定性有极严格的指标要求。目前的运放电源普遍采用pwm开关电源形式。其中，常用的它激式开关电源一般采用集成电路如tl494、uc3842等配以相关外围元件，产生pwm信号驱动开关管，使变换电路工作在开关状态，经整流滤波最终实现dc/dc变换。这种方式振荡频率稳定，并且通过反馈电路容易实现过流、过压保护。为了追求电源的小型化和低成本，人们不断发明一些复合型集成电路，其中以topswitch系列集成电路最具有代表性。该器件集pwm信号控制电路和功率开关器件mosfet于一体，外形类似普通的功率晶体管，具备了pwm开关稳压电源所需的全部功能。此种电路构成的电源与前述电源相比较，电路稳定性更高，外围元器件更少，电路结构简洁，设计和调试也更为容易，是运算放大器及调理电路的理想电源。本文从应用角度对topswitch系列集成电路的原理及实用电路的设计进行讨论。 topswitch芯片结构与工作原理 topswitch芯片由美国power公司设计，其内部结构如图1所示。电路采用cmos制作工艺，内置mosfet功率开关管。该器件外部仅有三个控制管脚，d(漏极)为主电源输入端，连接内部mosfet漏极；c(控制)为误差放大电路和反馈电流信号输入端，利用控制电流调节占空比；s(源极)连接内部mosfet的源极，是电源公共端，也是控制电路的基准点。 图1 topswitch芯片结构 topswitch芯片特别适宜制作功率不大于100w的小型电源。topswitch系列电路芯片有多种型号，由于型号和功率
比较器a2的基准电压设置为5.7v，当uc高于5.7v时，a2输出高电平。与此同时，pwm控制电流经电阻r与振荡器输出的锯齿波电流分别输入pwm比较器a3的+、-输入端，这时因反馈控制电流较小，从a3反向端输入的锯齿波信号经门电路g3和g4送至rs触发器b2的复位端。在锯齿波信号和时钟信号的共同作用下，rs触发器的输出端q被置为高电平，g4由振荡信号的控制，然后经两次反相，送到开关管f2的栅极，开关管处于开关状态，电源正常工作。 电路启动结束，uc升至门限电压(+4.7v)，a2输出高电平，驱动电子开关动作，控制电路的供电切换至内部电源。正常工作条件下，电路芯片通过外围电路形成电压负反馈闭环控制，调节开关管的占空比，实现输出电压的稳定。 topswitch芯片有独特的自启动功能，当电源输出呈现下述状态，电路转入自启动工作，实现保护的目的：(1)负载短路造成输出电压严重下降；(2)人为降低uc的电压使系统处于待机状态。在正常工作条件下，uc由电压负反馈电路决定：当电源输出电压由于某种原因上升，使uc升高，内部采样电阻re上端的误差电压ure升高，与振荡器输出的锯齿电压由a3比较后，输出控制使输出电压的占空比减小，电源输出电压则下降；当输出电压下降时，情况则相反。在自启动阶段(控制极电压uc低于门限电压+5.7v时)，控制电路进入低功耗的待命状态。此时，由于比较器a2的滞回特性，电子开关频繁在高压电流源和内部电源之间进行切换，使得uc值保持在4.7～5.7v之间。自启动电路由8分频计数器完成延时功能，阻止输出级mosfet管f2连续导通，直到8个充电/放电周期完全结束后，才可再次导通。在自启动期间，mosfet管的占空比被控制在5%左右，限制电路输出电压和产生功耗。topswitch电路芯片通过预置uimax值来实现过流保护。芯片内部设有精密温度检测电路，当mosfet的结温高于145℃时，控制电路截mosfet，实现过热保护。 典型应用电路设计
上一篇：突破新兴高效能电源要求上的限制 上一篇：晶体二极管及晶体管放大电路
不同，其封装形式也不同。top系列器件的主要工作参数如下：工作频率100khz，自启动电压1.0v，占空比2～67%，mos2fet结温-40～150℃，控制电压-0.3～8v，漏极电压30～700v，控制电流100ma，欠压封锁门限4.7v，截止电流500μa，热保护温度145℃。topswitch芯片的开关频率为100khz，开关管占空比由c脚电流以线性比例控制。电路启动时，由漏极经内部高压电流源为c脚提供工作电压uc。实际电路中c脚外部应接入电容，以电容的充电过程控制uc逐步升高，完成电路的软启动过程。其pwm反馈控制回路由rc、采样电阻re、比较器a1和f1等元件组成。控制极电压uc为控制电路提供电源，同时也是pwm反馈控制回路的偏置电压。
相关技术资料
相关IC型号
深圳服务热线：13692101218 13751165337
粤ICP备09112631号-6(miitbeian.gov.cn)
公网安备44030402000607深圳市碧威特网络技术有限公司
付款方式
把51电子网设为首页 把51电子网加入收藏夹 给51电子网投诉建议
库存上载：service@51dzw.com
版权所有:51dzw.COM 粤ICP备09112631号-6(miitbeian.gov.cn) 服务热线(深圳)：13751165337 13692101218 传真：0755-83035052 投诉电话:0755-83030533
