单片开关电源原理及应用
单片开关电源原理及应用
1前言
开关电源自20世纪70年代开始应用以来，涌现出许多功能完备的集成控制电路，使开关电源电路日益简化，工作频率不断提高，效率大大提高，并为电源小型化提供了广阔的前景。三端离线式脉宽调制单片开关集成电路top(threeterminaloffline)将pwm控制器与功率开关mosfet合二为一封装在一起，已成为开关电源ic发展的主流。采用top开关集成电路设计开关电源，可使电路大为简化，体积进一步缩小，成本也明显降低。
2top开关结构及工作原理
2.1结构
top开关集各种控制功能、保护功能及耐压700v的功率开关mosfet于一体，采用to?220或8脚dip封装。少数采用8脚封装的top开关，除d、c两引脚外，其余6脚实际连在一起，作为s端，故仍系三端器件。三个引出端分别是漏极端d、源极端s和控制端c。其中，d是内装mosfet的漏极，也是内部电流的检测点，起动操作时，漏极端由一个内部电流源提供内部偏置电流。控制端c控制输出占空比，是误差放大器和反馈电流的输入端。在正常操作时，内部的旁路调整端提供内部偏置电流，且能在输入异常时，自动锁定保护。源极端s是mosfet的源极，同时是top开关及开关电源初级电路的公共接地点及基准点。
2.2工作原理
top包括10部分，其中zc为控制端的动态阻抗，re是误差电压检测电阻。ra与ca构成截止频率为7khz的低通滤波器。主要特点是：
（1）前沿消隐设计，延迟了次级整流二级管反向恢复产生的尖峰电流冲击；
（2）自动重起动功能，以典型值为5％的自动重起动占空比接通和关断；
（3）低电磁干扰性（emi），top系列器件采用了与外壳的源极相连，使金属底座及散热器的dv/dt=0，从而降低了电压型控制方式与逐周期峰值电流限制;
（4）电压型控制方式与逐周期峰值电流限制。
下面简要叙述一下：
（1）控制电压源
控制电压uc能向并联调整器和门驱动极提供偏置电压，而控制端电流ic则能调节占空比。控制端的总电容用ct表示，由它决定自动重起动的定时，同时控制环路的补偿，uc有两种工作模式，一种是滞后调节，用于起动和过载两种情况，具有延迟控制作用；另一种是并联调节，用于分离误差信号与控制电路的高压电流源。刚起动电路时由d?c极之间的高压电流源提供控制端电流ic，以便给控制电路供电并对ct充电。
（2）带隙基准电压源
带隙基准电压源除向内部提供各种基准电压之外，还产生一个具有温度补偿并可调整的电流源，以保证精确设定振荡器频率和门极驱动电流。
（3）振荡器
内部振荡电容是在设定的上、下阈值uh、ul之间周期性地线性充放电，以产生脉宽调制器所需要的锯齿波（saw），与此同时还产生最大占空比信号(dmax)和时钟信号(clock)。为减小电磁干扰，提高电源效率，振荡频率（即开关频率）设计为100khz，脉冲波形的占空比设定为d。
（4）放大器
误差放大器的增益由控制端的动态阻抗zc来设定。zc的变化范围是10ω～20ω，典型值为15ω。误差放大器将反馈电压uf与5.7v基准电压进行比较后，输出误差电流ir，在re上形成误差电压ur。
（5）脉宽调制器（pwm）
脉宽调制器是一个电压反馈式控制电路，它具有两层含义。第一、改变控制端电流ic的大小，即可调节占空比d，实现脉宽调制。第二、误差电压ur经由ra、ca组成截止频率为7khz的低通滤波器，滤掉开关噪声电压之后，加至pwm比较器的同相输入端，再与锯齿波电压uj进行比较，产生脉宽调制信号ub。
（6）门驱动级和输出级
门驱动级（f）用于驱动功率开关管(mosfet)，使之按一定速率导通，从而将共模电磁干扰减至最小。漏?源导通电阻与产品型号和芯片结温有关。mosfet管的漏?源击穿电压u(bo)ds≥700v。
（7）过流保护电路
过流比较器的反相输入端接阈值电压ulimit，同相输入端接mosfet管的漏极。此外，芯片还具有初始输入电流限制功能。刚通电时可将整流后的直流限制在0.6a或0.75a。
（8）过热保护电路
当芯片结温tj>135℃时，过热保护电路就输出高电平，将触发器ⅱ置位，q=1，q=0，关断输出级。此时进入滞后调节模式，uc端波形也变成幅度为4.7v～5.7v的锯齿波。若要重新起动电路，需断电后再接通电源开关；或者将控制端电压降至3.3v以下，达到uc(reset)值，再利用上电复位电路将触发器ⅱ置零，使mosfet恢复正常工作。
（9）关断/自起动电路
一旦调节失控，关断/自动重起动电路立即使芯片在5％占空比下工作，同时切断从外部流入c端的电流，uc再次进入滞后调节模式。倘若故障己排除，uc又回到并联调节模式，自动重新起动电源恢复正常工作。自动重起动的频率为1.2hz。
图1top开关内部工作原理框图
图212v/30w小功率开关电源原理图
（10）高压电流源 在起动或滞后调节模式下，高压电流源经过电子开关s1给内部电路提供偏置，并且对ct进行充电。电源正常工作时s1改接内部电源，将高压电流源关断。 当top开关起动操作时，在控制端环路振荡电路的控制下，漏极端有电流流入芯片，提供开环输入。该输入通过旁路调整器、误差放大器时，由控制端进行闭环调整，改变ir，经由pwm控制mosfet的输出占空比，最后达到动态平衡。 3top开关的典型应用 3.112v/30w小功率开关电源 12v/30w小功率开关电源原理图如图2所示。该电源特性是：简单，直接可与220v交流电源连接，经桥式整流电容滤波后产生300v直流高电压起动开关电源工作。并且重量轻、体积小，接线简单外围元件少。 该电路特点是利用三极管q1，二极管d8及电阻r5、r6组成过低压保护电路，当输入电压降低到一定程度时，q1导通，控制端c电位降低，top开关关闭，开关电源没有输出。 （1）输入电路 电网交流220v输入电压经桥式整流、电容滤波后产生300v直流高压起动开关电源工作。 （2）电源变换器部分 在该电路中，t2为高频变压器，其中 n1为初级绕组（35t） n2为反馈绕组（15t） n3为次级隔离输出绕组（7t） 开关电源工作后，反馈绕组n2经整流、滤波、限流后送至top开关控制极c，以调整top开关内部pwm占空比。当因某种原因如负载变轻引起输出电压升高时，n2电压将升高，即流入top开关控制端c的电流增加。在振荡电路的控制下，漏极端d有电流流入芯片，提供开环输入，该输入通过旁路调整器、误差放大器，由控制端进行闭环调整，经由pwm控制mosfet的输出占空比，使其占空比线性减小，从而使输出电压下降，最后达到动态平衡，保持输出稳定。电路中并接于初级绕组n1两端的瞬态电压抑制二极管d5、电容c4及快速二极管d6组成钳位削峰电路。钳制电感放电脉冲的最高电位，减少漏感抗引起的漏极端电压畸变。在实际绕制高频电源变压器时，为了减小漏感的影响，可采用初级与次级相互交叉的绕制方法。同时，采用自我屏蔽作用较为良好的罐形磁芯，将线圈都用磁芯封在里边。 （3）反馈控制回路 电容c6决定软起动恢复时间，c6、r5、r4、c5、d7决定控制回路的零点。r4阻值过小，限流线性差，容易导致top开关损坏；过大则调整线性差。在实验中取值为10kω （4）输出回路 n3、d10、c8、d11构成输出回路。肖特基势垒整流二极管d10对高频变压器次级的高频方波电压进行整流，经低esr值的电解电容滤波及双向瞬态电压抑制二极管d11削峰稳压后，提供给负载电路。r7既可改善电源本身的输出阻抗，又能小幅度地调整输出电压的范围，同时又可在电源空载时为电容c8提供放电回路。r7取值为430ω。
图312?5v/25w精密开关电源原理图 3.212.5v/25w精密开关电源 12.5v/25w精密开关电源原理图如图3所示。由top204构成隔离式＋12.5v、2a（25w）开关电源电路，该电源的特性为：当交流输入电压u从85v变化到265v时，电压调整率为±0.2％；当负载电流从10％(0.2a)变化到100％(2a)时，负载调整率也达±0.2％，可与线性集成稳压电源相媲美。该电路的主要特点是利用一片tl431(ic3)与光电耦合器(ic2)构成外部误差放大器。它再与片内误差放大器配合使用，对控制电流进行精细调整，从而大大提高了稳压性能。 4结语 由于top芯片内部完全集成了smps的全部功能，所以利用它设计出的开关电源周期短，成本低，对于小功率电源，简单，体积小，重量轻。随着top开关系列的不断发展与改进，其在开关电源及其它应用领域中必将有着更加灿烂的前景。
~成都610031) 沈阳铁路局 李海波 (沈阳110001)
1前言 开关电源自20世纪70年代开始应用以来，涌现出许多功能完备的集成控制电路，使开关电源电路日益简化，工作频率不断提高，效率大大提高，并为电源小型化提供了广阔的前景。三端离线式脉宽调制单片开关集成电路top(threeterminaloffline)将pwm控制器与功率开关mosfet合二为一封装在一起，已成为开关电源ic发展的主流。采用top开关集成电路设计开关电源，可使电路大为简化，体积进一步缩小，成本也明显降低。 2top开关结构及工作原理 2.1结构 top开关集各种控制功能、保护功能及耐压700v的功率开关mosfet于一体，采用to?220或8脚dip封装。少数采用8脚封装的top开关，除d、c两引脚外，其余6脚实际连在一起，作为s端，故仍系三端器件。三个引出端分别是漏极端d、源极端s和控制端c。其中，d是内装mosfet的漏极，也是内部电流的检测点，起动操作时，漏极端由一个内部电流源提供内部偏置电流。控制端c控制输出占空比，是误差放大器和反馈电流的输入端。在正常操作时，内部的旁路调整端提供内部偏置电流，且能在输入异常时，自动锁定保护。源极端s是mosfet的源极，同时是top开关及开关电源初级电路的公共接地点及基准点。 2.2工作原理 top包括10部分，其中zc为控制端的动态阻抗，re是误差电压检测电阻。ra与ca构成截止频率为7khz的低通滤波器。主要特点是： （1）前沿消隐设计，延迟了次级整流二级管反向恢复产生的尖峰电流冲击； （2）自动重起动功能，以典型值为5％的自动重起动占空比接通和关断； （3）低电磁干扰性（emi），top系列器件采用了与外壳的源极相连，使金属底座及散热器的dv/dt=0，从而降低了电压型控制方式与逐周期峰值电流限制; （4）电压型控制方式与逐周期峰值电流限制。 下面简要叙述一下： （1）控制电压源 控制电压uc能向并联调整器和门驱动极提供偏置电压，而控制端电流ic则能调节占空比。控制端的总电容用ct表示，由它决定自动重起动的定时，同时控制环路的补偿，uc有两种工作模式，一种是滞后调节，用于起动和过载两种情况，具有延迟控制作用；另一种是并联调节，用于分离误差信号与控制电路的高压电流源。刚起动电路时由d?c极之间的高压电流源提供控制端电流ic，以便给控制电路供电并对ct充电。 （2）带隙基准电压源 带隙基准电压源除向内部提供各种基准电压之外，还产生一个具有温度补偿并可调整的电流源，以保证精确设定振荡器频率和门极驱动电流。 （3）振荡器 内部振荡电容是在设定的上、下阈值uh、ul之间周期性地线性充放电，以产生脉宽调制器所需要的锯齿波（saw），与此同时还产生最大占空比信号(dmax)和时钟信号(clock)。为减小电磁干扰，提高电源效率，振荡频率（即开关频率）设计为100khz，脉冲波形的占空比设定为d。 （4）放大器 误差放大器的增益由控制端的动态阻抗zc来设定。zc的变化范围是10ω～20ω，典型值为15ω。误差放大器将反馈电压uf与5.7v基准电压进行比较后，输出误差电流ir，在re上形成误差电压ur。 （5）脉宽调制器（pwm） 脉宽调制器是一个电压反馈式控制电路，它具有两层含义。第一、改变控制端电流ic的大小，即可调节占空比d，实现脉宽调制。第二、误差电压ur经由ra、ca组成截止频率为7khz的低通滤波器，滤掉开关噪声电压之后，加至pwm比较器的同相输入端，再与锯齿波电压uj进行比较，产生脉宽调制信号ub。 （6）门驱动级和输出级 门驱动级（f）用于驱动功率开关管(mosfet)，使之按一定速率导通，从而将共模电磁干扰减至最小。漏?源导通电阻与产品型号和芯片结温有关。mosfet管的漏?源击穿电压u(bo)ds≥700v。 （7）过流保护电路 过流比较器的反相输入端接阈值电压ulimit，同相输入端接mosfet管的漏极。此外，芯片还具有初始输入电流限制功能。刚通电时可将整流后的直流限制在0.6a或0.75a。 （8）过热保护电路 当芯片结温tj>135℃时，过热保护电路就输出高电平，将触发器ⅱ置位，q=1，q=0，关断输出级。此时进入滞后调节模式，uc端波形也变成幅度为4.7v～5.7v的锯齿波。若要重新起动电路，需断电后再接通电源开关；或者将控制端电压降至3.3v以下，达到uc(reset)值，再利用上电复位电路将触发器ⅱ置零，使mosfet恢复正常工作。 （9）关断/自起动电路 一旦调节失控，关断/自动重起动电路立即使芯片在5％占空比下工作，同时切断从外部流入c端的电流，uc再次进入滞后调节模式。倘若故障己排除，uc又回到并联调节模式，自动重新起动电源恢复正常工作。自动重起动的频率为1.2hz。
图1top开关内部工作原理框图
图212v/30w小功率开关电源原理图
（10）高压电流源 在起动或滞后调节模式下，高压电流源经过电子开关s1给内部电路提供偏置，并且对ct进行充电。电源正常工作时s1改接内部电源，将高压电流源关断。 当top开关起动操作时，在控制端环路振荡电路的控制下，漏极端有电流流入芯片，提供开环输入。该输入通过旁路调整器、误差放大器时，由控制端进行闭环调整，改变ir，经由pwm控制mosfet的输出占空比，最后达到动态平衡。 3top开关的典型应用 3.112v/30w小功率开关电源 12v/30w小功率开关电源原理图如图2所示。该电源特性是：简单，直接可与220v交流电源连接，经桥式整流电容滤波后产生300v直流高电压起动开关电源工作。并且重量轻、体积小，接线简单外围元件少。 该电路特点是利用三极管q1，二极管d8及电阻r5、r6组成过低压保护电路，当输入电压降低到一定程度时，q1导通，控制端c电位降低，top开关关闭，开关电源没有输出。 （1）输入电路 电网交流220v输入电压经桥式整流、电容滤波后产生300v直流高压起动开关电源工作。 （2）电源变换器部分 在该电路中，t2为高频变压器，其中 n1为初级绕组（35t） n2为反馈绕组（15t） n3为次级隔离输出绕组（7t） 开关电源工作后，反馈绕组n2经整流、滤波、限流后送至top开关控制极c，以调整top开关内部pwm占空比。当因某种原因如负载变轻引起输出电压升高时，n2电压将升高，即流入top开关控制端c的电流增加。在振荡电路的控制下，漏极端d有电流流入芯片，提供开环输入，该输入通过旁路调整器、误差放大器，由控制端进行闭环调整，经由pwm控制mosfet的输出占空比，使其占空比线性减小，从而使输出电压下降，最后达到动态平衡，保持输出稳定。电路中并接于初级绕组n1两端的瞬态电压抑制二极管d5、电容c4及快速二极管d6组成钳位削峰电路。钳制电感放电脉冲的最高电位，减少漏感抗引起的漏极端电压畸变。在实际绕制高频电源变压器时，为了减小漏感的影响，可采用初级与次级相互交叉的绕制方法。同时，采用自我屏蔽作用较为良好的罐形磁芯，将线圈都用磁芯封在里边。 （3）反馈控制回路 电容c6决定软起动恢复时间，c6、r5、r4、c5、d7决定控制回路的零点。r4阻值过小，限流线性差，容易导致top开关损坏；过大则调整线性差。在实验中取值为10kω （4）输出回路 n3、d10、c8、d11构成输出回路。肖特基势垒整流二极管d10对高频变压器次级的高频方波电压进行整流，经低esr值的电解电容滤波及双向瞬态电压抑制二极管d11削峰稳压后，提供给负载电路。r7既可改善电源本身的输出阻抗，又能小幅度地调整输出电压的范围，同时又可在电源空载时为电容c8提供放电回路。r7取值为430ω。
图312?5v/25w精密开关电源原理图 3.212.5v/25w精密开关电源 12.5v/25w精密开关电源原理图如图3所示。由top204构成隔离式＋12.5v、2a（25w）开关电源电路，该电源的特性为：当交流输入电压u从85v变化到265v时，电压调整率为±0.2％；当负载电流从10％(0.2a)变化到100％(2a)时，负载调整率也达±0.2％，可与线性集成稳压电源相媲美。该电路的主要特点是利用一片tl431(ic3)与光电耦合器(ic2)构成外部误差放大器。它再与片内误差放大器配合使用，对控制电流进行精细调整，从而大大提高了稳压性能。 4结语 由于top芯片内部完全集成了smps的全部功能，所以利用它设计出的开关电源周期短，成本低，对于小功率电源，简单，体积小，重量轻。随着top开关系列的不断发展与改进，其在开关电源及其它应用领域中必将有着更加灿烂的前景。
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图1top开关内部工作原理框图
图212v/30w小功率开关电源原理图
（10）高压电流源 在起动或滞后调节模式下，高压电流源经过电子开关s1给内部电路提供偏置，并且对ct进行充电。电源正常工作时s1改接内部电源，将高压电流源关断。 当top开关起动操作时，在控制端环路振荡电路的控制下，漏极端有电流流入芯片，提供开环输入。该输入通过旁路调整器、误差放大器时，由控制端进行闭环调整，改变ir，经由pwm控制mosfet的输出占空比，最后达到动态平衡。 3top开关的典型应用 3.112v/30w小功率开关电源 12v/30w小功率开关电源原理图如图2所示。该电源特性是：简单，直接可与220v交流电源连接，经桥式整流电容滤波后产生300v直流高电压起动开关电源工作。并且重量轻、体积小，接线简单外围元件少。 该电路特点是利用三极管q1，二极管d8及电阻r5、r6组成过低压保护电路，当输入电压降低到一定程度时，q1导通，控制端c电位降低，top开关关闭，开关电源没有输出。 （1）输入电路 电网交流220v输入电压经桥式整流、电容滤波后产生300v直流高压起动开关电源工作。 （2）电源变换器部分 在该电路中，t2为高频变压器，其中 n1为初级绕组（35t） n2为反馈绕组（15t） n3为次级隔离输出绕组（7t） 开关电源工作后，反馈绕组n2经整流、滤波、限流后送至top开关控制极c，以调整top开关内部pwm占空比。当因某种原因如负载变轻引起输出电压升高时，n2电压将升高，即流入top开关控制端c的电流增加。在振荡电路的控制下，漏极端d有电流流入芯片，提供开环输入，该输入通过旁路调整器、误差放大器，由控制端进行闭环调整，经由pwm控制mosfet的输出占空比，使其占空比线性减小，从而使输出电压下降，最后达到动态平衡，保持输出稳定。电路中并接于初级绕组n1两端的瞬态电压抑制二极管d5、电容c4及快速二极管d6组成钳位削峰电路。钳制电感放电脉冲的最高电位，减少漏感抗引起的漏极端电压畸变。在实际绕制高频电源变压器时，为了减小漏感的影响，可采用初级与次级相互交叉的绕制方法。同时，采用自我屏蔽作用较为良好的罐形磁芯，将线圈都用磁芯封在里边。 （3）反馈控制回路 电容c6决定软起动恢复时间，c6、r5、r4、c5、d7决定控制回路的零点。r4阻值过小，限流线性差，容易导致top开关损坏；过大则调整线性差。在实验中取值为10kω （4）输出回路 n3、d10、c8、d11构成输出回路。肖特基势垒整流二极管d10对高频变压器次级的高频方波电压进行整流，经低esr值的电解电容滤波及双向瞬态电压抑制二极管d11削峰稳压后，提供给负载电路。r7既可改善电源本身的输出阻抗，又能小幅度地调整输出电压的范围，同时又可在电源空载时为电容c8提供放电回路。r7取值为430ω。
图312?5v/25w精密开关电源原理图 3.212.5v/25w精密开关电源 12.5v/25w精密开关电源原理图如图3所示。由top204构成隔离式＋12.5v、2a（25w）开关电源电路，该电源的特性为：当交流输入电压u从85v变化到265v时，电压调整率为±0.2％；当负载电流从10％(0.2a)变化到100％(2a)时，负载调整率也达±0.2％，可与线性集成稳压电源相媲美。该电路的主要特点是利用一片tl431(ic3)与光电耦合器(ic2)构成外部误差放大器。它再与片内误差放大器配合使用，对控制电流进行精细调整，从而大大提高了稳压性能。 4结语 由于top芯片内部完全集成了smps的全部功能，所以利用它设计出的开关电源周期短，成本低，对于小功率电源，简单，体积小，重量轻。随着top开关系列的不断发展与改进，其在开关电源及其它应用领域中必将有着更加灿烂的前景。
~成都610031) 沈阳铁路局 李海波 (沈阳110001)
1前言 开关电源自20世纪70年代开始应用以来，涌现出许多功能完备的集成控制电路，使开关电源电路日益简化，工作频率不断提高，效率大大提高，并为电源小型化提供了广阔的前景。三端离线式脉宽调制单片开关集成电路top(threeterminaloffline)将pwm控制器与功率开关mosfet合二为一封装在一起，已成为开关电源ic发展的主流。采用top开关集成电路设计开关电源，可使电路大为简化，体积进一步缩小，成本也明显降低。 2top开关结构及工作原理 2.1结构 top开关集各种控制功能、保护功能及耐压700v的功率开关mosfet于一体，采用to?220或8脚dip封装。少数采用8脚封装的top开关，除d、c两引脚外，其余6脚实际连在一起，作为s端，故仍系三端器件。三个引出端分别是漏极端d、源极端s和控制端c。其中，d是内装mosfet的漏极，也是内部电流的检测点，起动操作时，漏极端由一个内部电流源提供内部偏置电流。控制端c控制输出占空比，是误差放大器和反馈电流的输入端。在正常操作时，内部的旁路调整端提供内部偏置电流，且能在输入异常时，自动锁定保护。源极端s是mosfet的源极，同时是top开关及开关电源初级电路的公共接地点及基准点。 2.2工作原理 top包括10部分，其中zc为控制端的动态阻抗，re是误差电压检测电阻。ra与ca构成截止频率为7khz的低通滤波器。主要特点是： （1）前沿消隐设计，延迟了次级整流二级管反向恢复产生的尖峰电流冲击； （2）自动重起动功能，以典型值为5％的自动重起动占空比接通和关断； （3）低电磁干扰性（emi），top系列器件采用了与外壳的源极相连，使金属底座及散热器的dv/dt=0，从而降低了电压型控制方式与逐周期峰值电流限制; （4）电压型控制方式与逐周期峰值电流限制。 下面简要叙述一下： （1）控制电压源 控制电压uc能向并联调整器和门驱动极提供偏置电压，而控制端电流ic则能调节占空比。控制端的总电容用ct表示，由它决定自动重起动的定时，同时控制环路的补偿，uc有两种工作模式，一种是滞后调节，用于起动和过载两种情况，具有延迟控制作用；另一种是并联调节，用于分离误差信号与控制电路的高压电流源。刚起动电路时由d?c极之间的高压电流源提供控制端电流ic，以便给控制电路供电并对ct充电。 （2）带隙基准电压源 带隙基准电压源除向内部提供各种基准电压之外，还产生一个具有温度补偿并可调整的电流源，以保证精确设定振荡器频率和门极驱动电流。 （3）振荡器 内部振荡电容是在设定的上、下阈值uh、ul之间周期性地线性充放电，以产生脉宽调制器所需要的锯齿波（saw），与此同时还产生最大占空比信号(dmax)和时钟信号(clock)。为减小电磁干扰，提高电源效率，振荡频率（即开关频率）设计为100khz，脉冲波形的占空比设定为d。 （4）放大器 误差放大器的增益由控制端的动态阻抗zc来设定。zc的变化范围是10ω～20ω，典型值为15ω。误差放大器将反馈电压uf与5.7v基准电压进行比较后，输出误差电流ir，在re上形成误差电压ur。 （5）脉宽调制器（pwm） 脉宽调制器是一个电压反馈式控制电路，它具有两层含义。第一、改变控制端电流ic的大小，即可调节占空比d，实现脉宽调制。第二、误差电压ur经由ra、ca组成截止频率为7khz的低通滤波器，滤掉开关噪声电压之后，加至pwm比较器的同相输入端，再与锯齿波电压uj进行比较，产生脉宽调制信号ub。 （6）门驱动级和输出级 门驱动级（f）用于驱动功率开关管(mosfet)，使之按一定速率导通，从而将共模电磁干扰减至最小。漏?源导通电阻与产品型号和芯片结温有关。mosfet管的漏?源击穿电压u(bo)ds≥700v。 （7）过流保护电路 过流比较器的反相输入端接阈值电压ulimit，同相输入端接mosfet管的漏极。此外，芯片还具有初始输入电流限制功能。刚通电时可将整流后的直流限制在0.6a或0.75a。 （8）过热保护电路 当芯片结温tj>135℃时，过热保护电路就输出高电平，将触发器ⅱ置位，q=1，q=0，关断输出级。此时进入滞后调节模式，uc端波形也变成幅度为4.7v～5.7v的锯齿波。若要重新起动电路，需断电后再接通电源开关；或者将控制端电压降至3.3v以下，达到uc(reset)值，再利用上电复位电路将触发器ⅱ置零，使mosfet恢复正常工作。 （9）关断/自起动电路 一旦调节失控，关断/自动重起动电路立即使芯片在5％占空比下工作，同时切断从外部流入c端的电流，uc再次进入滞后调节模式。倘若故障己排除，uc又回到并联调节模式，自动重新起动电源恢复正常工作。自动重起动的频率为1.2hz。
图1top开关内部工作原理框图
图212v/30w小功率开关电源原理图
（10）高压电流源 在起动或滞后调节模式下，高压电流源经过电子开关s1给内部电路提供偏置，并且对ct进行充电。电源正常工作时s1改接内部电源，将高压电流源关断。 当top开关起动操作时，在控制端环路振荡电路的控制下，漏极端有电流流入芯片，提供开环输入。该输入通过旁路调整器、误差放大器时，由控制端进行闭环调整，改变ir，经由pwm控制mosfet的输出占空比，最后达到动态平衡。 3top开关的典型应用 3.112v/30w小功率开关电源 12v/30w小功率开关电源原理图如图2所示。该电源特性是：简单，直接可与220v交流电源连接，经桥式整流电容滤波后产生300v直流高电压起动开关电源工作。并且重量轻、体积小，接线简单外围元件少。 该电路特点是利用三极管q1，二极管d8及电阻r5、r6组成过低压保护电路，当输入电压降低到一定程度时，q1导通，控制端c电位降低，top开关关闭，开关电源没有输出。 （1）输入电路 电网交流220v输入电压经桥式整流、电容滤波后产生300v直流高压起动开关电源工作。 （2）电源变换器部分 在该电路中，t2为高频变压器，其中 n1为初级绕组（35t） n2为反馈绕组（15t） n3为次级隔离输出绕组（7t） 开关电源工作后，反馈绕组n2经整流、滤波、限流后送至top开关控制极c，以调整top开关内部pwm占空比。当因某种原因如负载变轻引起输出电压升高时，n2电压将升高，即流入top开关控制端c的电流增加。在振荡电路的控制下，漏极端d有电流流入芯片，提供开环输入，该输入通过旁路调整器、误差放大器，由控制端进行闭环调整，经由pwm控制mosfet的输出占空比，使其占空比线性减小，从而使输出电压下降，最后达到动态平衡，保持输出稳定。电路中并接于初级绕组n1两端的瞬态电压抑制二极管d5、电容c4及快速二极管d6组成钳位削峰电路。钳制电感放电脉冲的最高电位，减少漏感抗引起的漏极端电压畸变。在实际绕制高频电源变压器时，为了减小漏感的影响，可采用初级与次级相互交叉的绕制方法。同时，采用自我屏蔽作用较为良好的罐形磁芯，将线圈都用磁芯封在里边。 （3）反馈控制回路 电容c6决定软起动恢复时间，c6、r5、r4、c5、d7决定控制回路的零点。r4阻值过小，限流线性差，容易导致top开关损坏；过大则调整线性差。在实验中取值为10kω （4）输出回路 n3、d10、c8、d11构成输出回路。肖特基势垒整流二极管d10对高频变压器次级的高频方波电压进行整流，经低esr值的电解电容滤波及双向瞬态电压抑制二极管d11削峰稳压后，提供给负载电路。r7既可改善电源本身的输出阻抗，又能小幅度地调整输出电压的范围，同时又可在电源空载时为电容c8提供放电回路。r7取值为430ω。
图312?5v/25w精密开关电源原理图 3.212.5v/25w精密开关电源 12.5v/25w精密开关电源原理图如图3所示。由top204构成隔离式＋12.5v、2a（25w）开关电源电路，该电源的特性为：当交流输入电压u从85v变化到265v时，电压调整率为±0.2％；当负载电流从10％(0.2a)变化到100％(2a)时，负载调整率也达±0.2％，可与线性集成稳压电源相媲美。该电路的主要特点是利用一片tl431(ic3)与光电耦合器(ic2)构成外部误差放大器。它再与片内误差放大器配合使用，对控制电流进行精细调整，从而大大提高了稳压性能。 4结语 由于top芯片内部完全集成了smps的全部功能，所以利用它设计出的开关电源周期短，成本低，对于小功率电源，简单，体积小，重量轻。随着top开关系列的不断发展与改进，其在开关电源及其它应用领域中必将有着更加灿烂的前景。
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