摘要：介紹了一種采用TOP227Y智能集成芯片設(shè)計(jì)的開關(guān)電源。詳細(xì)地介紹了該芯片的性能特點(diǎn)。根據(jù)TOP227Y的特性給出了該開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法，對(duì)外圍電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并給出了該開關(guān)電源的性能測(cè)試結(jié)果。
關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；TO0Switch：脈寬調(diào)制

O 引言
TOPSwitch單片開關(guān)電源芯片是美國(guó)PI公司于上世紀(jì)90年代中期推出的新型高頻開關(guān)電源芯片，它是三端離線式PWM開關(guān)(Three Terminal 0ffLine PWM Switch)的縮寫，被譽(yù)為“頂級(jí)開關(guān)電源”。其特點(diǎn)是將高頻開關(guān)電源中的PWM控制器和M0SFET功率開關(guān)管集成在同一芯片上，是一種二合—器件。其第一代產(chǎn)品是1994年推出的TOPl00／200系列；第二代產(chǎn)品是1997年推出的TOPSwitch—II系列。這些產(chǎn)品一經(jīng)問世，便顯示出了強(qiáng)大的生命力，被廣泛應(yīng)用于儀表、顯示器、開關(guān)電源、VCD／DVD、手機(jī)充電器等各種領(lǐng)域，形成了一種高效、低成本、新型的開關(guān)電源模式。同時(shí)因?yàn)槠浜?jiǎn)易的設(shè)計(jì)方法，使得TOOPSwitch芯片在應(yīng)用中更顯得得心應(yīng)手。應(yīng)用該芯片設(shè)計(jì)的開關(guān)電源，具有效率高、體積小以及外圍電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)�？梢灶A(yù)見，應(yīng)用TOPSwitch系列芯片所設(shè)計(jì)的單片開關(guān)電源必將在更廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。

1 TOP227Y芯片性能特點(diǎn)及其內(nèi)部框圖
1．1 TOP227Y芯片性能特點(diǎn)
TOP227Y屬于TOP系列的第二代產(chǎn)品，其功率開關(guān)管耐壓值高達(dá)700V，具有以下顯著特點(diǎn)。
1)將脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)的全部功能集成到三端芯片中，內(nèi)含脈寬調(diào)制器、功率開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管、自動(dòng)偏置電路、保護(hù)電路、高壓?jiǎn)?dòng)電路和環(huán)路補(bǔ)償電路，通過高頻變壓器使輸出端與電網(wǎng)完全隔離，真正實(shí)現(xiàn)了無工頻變壓器、隔離、反激式開關(guān)電源的單片集成化。
2)屬于漏極開路輸出并利用電源來線性調(diào)節(jié)占空比實(shí)現(xiàn)AC／DC變換，電流控制型開關(guān)電源。
3)輸入交流電壓和頻率的范圍很寬。
4)只有3個(gè)引出端。能以最簡(jiǎn)單方式構(gòu)成無工頻變壓器的反激式開關(guān)電源，其控制端屬于多功能引出端，可完成多種控制、偏置及保護(hù)功能，具有連續(xù)和不連續(xù)兩種工作模式，反饋電路有4種基本類型，能構(gòu)成各種普通型和精密型開關(guān)電源。
5)開關(guān)頻率的典型值為100kHz，允許范圍是90～110kHz，占空比調(diào)節(jié)范圍是1．7％～67％。
6)外圍電路簡(jiǎn)單，僅須接整流濾波器、高頻變壓器、漏極嵌位保護(hù)電路、反饋電路和輸出電路。
7)因芯片本身功耗很低，電源效率高，可達(dá)80％左右，最高可達(dá)90％。
8)若將它配以低壓差線性集成穩(wěn)壓器，則可構(gòu)成一種新型復(fù)合式開關(guān)電源，既保留了開關(guān)電源體積小、效率高的優(yōu)點(diǎn)，又具有線性穩(wěn)壓電源穩(wěn)定性好、紋波電壓低等優(yōu)良特性。
9)采用這種芯片能降低開關(guān)電源所產(chǎn)生的電磁干擾。
10)其工作溫度范圍是0～70℃，芯片最高結(jié)溫Tom=135℃。
1.2 TOP227Y內(nèi)部框圖
TOP227Y的內(nèi)部框圖如圖1所示，主要包括控制電壓源、帶隙參考基準(zhǔn)電壓源、振蕩器、并聯(lián)調(diào)整器／誤差放大器、門驅(qū)動(dòng)級(jí)和輸出級(jí)、脈寬凋制器、過流保護(hù)電路、關(guān)斷／自動(dòng)重啟動(dòng)電路、上電復(fù)位電路、過熱保護(hù)電路等。
TOP227Y的基本工作原理是利用反饋電路的Ic來調(diào)節(jié)占空比，D,從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。例如，當(dāng)輸出電壓Vo↓時(shí)，經(jīng)過光耦反饋電路使得Ic→D→Vo↑，最終使Vo保持不變，具體工作原理請(qǐng)參閱參考文獻(xiàn)。

2 設(shè)計(jì)實(shí)例
根據(jù)技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了一個(gè)輸入為AC 220 V，輸出為DC 5 V，20A的大功率開關(guān)電源。該開關(guān)電源的基本電路結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

由于TOPSwitch集成度高，設(shè)計(jì)工作主要是外圍電路的設(shè)計(jì)。外圍電路由輸人整流濾波電路、箝位保護(hù)電路、變壓器、輸出整流濾波電路及反饋電路5部分組成。電路原理圖如圖3所示。

2．1 輸入整流濾波電路設(shè)計(jì)
整流濾波電路包括輸入交流濾波、整流和電容穩(wěn)壓3部分。交流濾波采用II型濾波電路，具體參數(shù)如下：去除共模干擾的Co、C1、C1為10nF；去除差模干擾的G2、G3，為1μF；10mH，采取雙線并繞。整流電路選擇不可控的整流橋。在當(dāng)前供電條件下，電容G4的電容值可根據(jù)輸出功率，每W對(duì)應(yīng)l μF。假設(shè)整流橋中二極管導(dǎo)通時(shí)間為tc=3ms，可得電容的最小耐壓值(最小直流輸入電壓)為

式中：VACmin最小交流電網(wǎng)電壓；
Po為輸出總功率；
η為系統(tǒng)的效率，可選擇80％；
f為交流電網(wǎng)頻率