1、引言

　　隨著電力電子技術的飛速發展，開關直流穩壓電源在十幾瓦至中大功率范圍內得到了廣泛的應用。而在十瓦以下的范圍，由于其電路復雜，性價比低等原因，通常被線性穩壓電源所替代。然而，隨著各種設備集成度的提高，線性電源體積大、效率低的缺陷已嚴重影響了整機的進展。為了解決這一難題，將PWM控制電路與功率開關管集成為一體的TopSwitch系列集成塊應運而生，采用其制作開關電源，電路可以與線性穩壓電源一樣簡單，效率卻遠高于后者，而成本也不會有明顯的增加。

　　2、TOP210功能介紹

　　TOP210是美國功率集成公司（POWERINTEGRATIONS）推出的適用于小功率場合的集成功率轉換器。它在小功率應用中有很高的性價比，其集成化程度高，電路設計簡單，比分立元件電路減少了15個～20個元器件。用其替代線性電源可以使電源的體積和重量大大減小。TOP210具有以下主要優點：

　?。?）耐壓700VN溝道小容量MOSFET開關管減小了交流損耗；

　?。?）內置的開啟和電流限制減小了直流損耗；

　?。?）MOSFET的導通可控，減小了電磁干擾（EMI），降低了EMI濾波器的費用；

　?。?）CMOS控制器/柵極驅動器的功耗僅有6mW；

　?。?）70％的最大占空比使導通損耗最??；

　?。?）只需1個外部電容器即可完成補償、旁路、開啟/自動重啟等功能；

　?。?）過熱關閉功能可防止整個系統過載。

　　2.1引腳功能

　　圖1為TOP210的兩種封裝形式,其中圖1（a）為DIP8引腳封裝，圖1（b）為3引腳封裝，其引腳功能如下所述。

　　漏極端：是MOSFET漏極輸出連接端，在開啟工作時，通過一個內部開關高壓電流源提供內部偏置電流，同時，也是內部電流檢測點。

　　控制端：是控制占空比的誤差放大器和反饋電流的輸入端。在正常工作時，通過和內部分流調節器連接來提供內部偏置電流，同時用作旁路電源和自動重啟/補償電容器的連接點。

　　源極端：該端與源極相連。

　　2.2電路結構

　　TOP210變換器內部功能框圖如圖2所示，它由帶隙參考、振蕩器、脈寬調制器、柵極驅動器、誤差放大器、逐個周期電流限制、關閉與自動重啟、過熱保護、高壓偏流源等9部分組成，各部分的功能如下：

　　帶隙參考：1個溫度補償的帶隙參考基準提供內部電壓，該基準也產生1個溫度補償的電流源?？蓽蚀_地調整振蕩器的頻率和MOSFET的柵極驅動電流。

　　振蕩器：內部振蕩器對內部電容器進行線性充電和放電，它在兩個電壓電平（4.7V和5.7V）之間產生鋸齒波。一般頻率選擇100kHz，可使電磁干擾最小，并使效率最高。微調電流可改進振蕩頻率精度。

　　脈寬調制器：脈寬調制器輸出脈沖的占空比與流入控制端的電流成反比，以此來驅動MOSFET，實現電壓閉環控制。Re上的誤差信號經過角頻率為7kHz的RC網絡濾波，濾波后的誤差信號和內部振蕩器的鋸齒波相比較，產生占空比波形。當控制電流上升時，占空比下降。由振蕩器產生的時鐘信號置位1個寄存器，使MOSFET關斷。

　　柵極驅動器：柵極驅動器在1個受控的速率時使MOSFET導通，從而使EMI最小，柵極電流可微調以改進精度。

　　誤差放大器：在前級反饋應用場合，分流調節器可完成誤差放大器的功能，通過溫度補償的帶隙參考基準,精確地獲得分流調節器的電壓。誤差放大器的增益由控制端的動態阻抗設置，控制端將外部電路信號箝位到VC電壓值，超過電源電流的控制端電流由分流調節器加以分離，并流過Re作為誤差信號。

　　逐個周期的電流限制：將MOSFET導通輸出電阻作為逐個周期峰值電流的檢測電阻，因而，電流限制比較器把導通狀態的漏源電壓和門限電壓相比較，高的漏極電流使VDS（ON）大于此門限電壓，并且使MOSFET關斷，直到下1個時鐘周期開始。電流限制比較器的門限電壓經過溫度補償后，可使峰值電流變化達到最小。在輸出級導通之后1個短的時間內，前沿消隱電路將阻止電流限制比較工作，因為前沿消隱時間已被確定，故由初級電容器和次級整流器反向恢復時間引起的電流尖峰不會造成開關脈沖過早地結束。

　　關閉與自動重啟：為了減小TOP開關的功耗，在失調情況存在時，關閉/重啟電路使電源以5％的占空比導通和截止，此時，喪失調節能力時，阻止外部電流流入控制端。當錯誤被排除后，恢復調節能力，電源重新正常工作。

　　過熱保護：溫度保護由1個精密的模擬電路提供，當連接點的溫度超過熱關閉溫度時（典型值為135℃），該電路將使MOSFET關斷。。

高壓偏流源：該電流源從漏極端對TOP開關提供偏壓，并且在開啟或滯后工作時，對外部電容器CT充電。電流源以35％的占空比導通或關斷，占空比由控制端的充電電流IC和放電電流（ICD1＋ICD2）的比率決定，當MOSFET開通時，此電流源被關斷。

　　由圖2可見，TOP210變換器是1種具有自偏壓和保護功能的變換器，它用線性控制端電流來改變占空比，實現穩壓輸出。在正常工作時，內部MOSFET占空比輸出隨著控制端電流的增加而線性的減小。

　　3、反激式小功率開關電源

　　由TOP210組成的低功耗、小功率的反激式開關電源原理電路如圖3所示。輸入直流Ui由85V～265V的交流經過整流得到。D1、VR1用來箝位由于變壓器的漏感引起的尖峰電壓，并能衰減漏極振鈴電壓。次級線圈經D2、C2、L1、C3整流和濾波來產生5V輸出電壓，輸出端的反饋電壓由VR2穩壓值、光耦的正向壓降和R1上的壓降三者之和來決定。通過調節變壓器匝比，可獲得不同的輸出電壓。同時，R2和VR2為輸出提供一個假負載，通過調節占空比達到穩壓的假負載，用以提高輕載時的負載調整率。當輸出端電壓升高時，由于穩壓二極管VR2基本不變，光耦輸入電流增加，輸出三極管c?e間的等效電阻減小，二極管隨之導通，控制端電流增加，占空比減小，輸出電壓降低，實現穩壓的目的。偏壓線圈經D3、C4整流和濾波，為TOP210提供偏壓。C5對內部柵極驅動充電電流尖峰進行濾波，還決定自動重啟頻率，并且與R1一起對控制環進行補償。

　　4、結束語

　　以TOP210為核心設計的開關電源，其電壓調整率和負載調整率可達0.2％，效率達85％。若同時選用光耦反饋與精密基準電壓器件，并合理選擇磁芯與氣隙，精心設計與制作主功率變壓器繞組，可以十分方便地實現高精度穩壓電源。
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