TOPSwitch—GX在开关电源中的应用

TOPSwitch—GX在开关电源中的应用

摘要：TOPSwitch—GX器件是一种PWM/MOSFET二合一的新型集成芯片，它采用与TOPSwitch相同的电路，扩展了TOPSwitch系列的功率范围，还集成了多项新功能。介绍了一种用TOP249Y设计的封闭式电源，使用了TOPSwitch—GX的线路检测功能和外部限流功能，设计新颖，具有一定的实用性。
关键词：TOPSwitch—GX器件；线路检测；外部限流

1引言
从20世纪70年代以来，大规模集成电路技术的迅速发展，使开关电源有了质的飞跃，掀起了电源产品高频化、小型化、模块化的浪潮。对于200W以下的开关电源，与其它电路相比，应用TOPSwitch所需的元器件最少。目前开关电源的体积主要还是由电容、电感和变压器等储能元件决定，而应用TOPSwitch系列器件的电路简捷，体积小，重量轻，自保护功能齐全，设计方便。TOPSwitch—GX采用与TOPSwitch相同的拓扑电路，将高压功率MOSFET、脉宽调制（PWM）控制器、故障自动保护和其它控制电路集成到单片CMOS芯片中，工作频率提高到132kHz。TOPSwitch—GX系列最大输出功率见表1。
TOPSwitch—GX不仅扩展了TOPSwitch系列的功率范围，将单电压输入时的最大功率提高到250W，还集成了多项新功能，可以降低系统成本，提高设计的灵活性、性能和效能。TOPSwitch?GX除了标准的漏极、源极和控制极外，不同封装的TOPSwitch—GX还另有1至3个引脚，这些引脚的不同配置可以实现不同功能，包括线路检测（过压/欠压，电压前馈/降低DCmax）和外部精确设定限流等。TOPSwitch—GX器件Y封装的内部电路见图1。

2TOPSwitch?GX特殊引脚的使用
TOPSwitch—GX是与TOPSwitch一样的集成式开关电源芯片，能将控制引脚输入电流转化为高压功率MOSFET输出的占空比，正常工作情况下，功率MOSFET的占空比随控制引脚电流的增加而减小。它除了象三端TOPSwitch一样，具有高压启动、逐周期流限、回路补偿电路、自动重启动、热关断等，还增加了实现某些新功能的引脚——频率、线路保护和外部限流（Y封装），当它们与源极引脚短接时，能使TOPSwitch—GX以类似TOPSwitch的三端模式工作。

2．1线路检测引脚
线路检测引脚（L）可提供四种功能：OV、UV、减低DCmax的线路前馈和远程开/关。将此引脚和源极引脚短接可禁用这四种功能。通常通过连接到线路检测引脚和经整流的高压直流总线间的电阻来检测输入电压，并实现过压（OV）、欠压（UV）、减低DCmax的线路前馈功能。在此模式下，电阻值确定OV/UV电压门限值，而且DCmax从电路电压刚超过欠压门限值时开始线性减小。图2为实现欠压、过压和线路前馈的线路检测引脚的典型使用方法。

2．2外部限流引脚
使用外部限流引脚（X）可获得两种功能：外部限流和远程开关。将外部限流引脚与源极引脚短接可禁用这两种功能。在高效应用中，将此引脚通过一电阻和源极引脚相连，可从外部将流限降到接近峰值电流。图3为外部限流引脚的典型使用方法。

3工作原理
图4所示电路为单端反激式开关电源，利用了TOPSwitch—GX的某些特性来降低系统成本，减小电源尺寸，提高效率。此电路采用通用的85～265V交流输入，输出12V直流电压，功率70W。考虑到密封适配器的工作环境，选用热损耗最小的TOP249Y。电阻R9和R10从外部将限流值设定为仅略高于低电压工作时的满载峰值电流，从而允许使用更小的变压器磁芯，同时可以避免启动和输出负载瞬态的磁芯饱和。电阻R9和R10还能使限流值随电压升高而降低，从而限制高输入电压时的最大过载功率，并使次级无需任何保护电路。电阻R11实现欠压和过压检测。当R11=2MΩ时，电源在直流电压达到100V之后才开始工作。在关断交流输入时，欠压检测防止C1放电时的输出干扰，并在输入直流电压降到40V以下时关断TOPSwitch—GX。过压门限值被设定为DC450V，当超过此值时，例如发生电涌时，TOPSwitch—GX在电涌期间停止工作，从而使器件可以经受700V高压的冲击。
电容C11与VR1并联以降低齐纳箝位损耗，VR1、D1组成缓冲吸收电路，吸收功率器件在关断过程中由于变压器漏感产生的电压尖峰过冲。电路的工作频率为132kHz，可用PQ26/20磁芯提供70W功率。为了调节输出，用光耦（U2）和次级基准一起，通过电阻分压网络（U3，R4，R5，R6）检测输出电压。D3和C12对偏置绕组的输出进行整流和滤波，R8实现漏感尖峰滤波，使偏置电压在输出负载变化很大时仍能保持恒定，为了改善抵抗共摸电涌的能力，偏置绕组的共摸电路直接与直流大电容（C1）相连。

4设计考虑
为了使设计达到最佳性能指标，尚需对TOPSwitch?GX的设计参数有全面的了解。
4．1选择适当的TOPSwitch—GX器件
在应用中，应该根据所需的最大输出功率、效率、散热约束来选择最适当的TOPSwitch—GX。由于可以选择外部降低流限，在需要更高效率或散热条件很差的低功率应用中，可以选用较大的TOPSwitch—GX器件。
4．2输入电容
输入电容能提供TOPSwitch?GX所需的最小直流电压，以保证最低额定输入电压和最大输出功率条件下电压受控。由于TOPSwitch?GX的DCmax比TOPSwitch?Ⅱ的高，它可以使用更小的输入电容。对TOPSwitch?GX而言，通常输入电容可按2μF/W来选取。

参考文献

[1]PowerIntergrationsINC.TOP242—249TOPSwitch?GX.

[2]张占松,蔡宣三编著.开关电源的原理与设计[M].电子工业出版社，1998.