作者：许永军

        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-terminal Off-line PWM Switch）单片开关电源是美国PI (Power Integration ) 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。

图1 典型的TOPSwitch单端反激式开关电源电路原理图

        2 TOPSwitch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。

        
图2 TOPSwitch芯片的内部结构图

        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]。

图3 控制端电压波形图

        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12V 1A和5