基于TOPSwitch的开关电源设计
基于TOPSwitch-GX芯片的开关电源设计
例， 介绍了其 电路设计的方法， 中着重介绍 了运用计算机辅助软件 Ｐ Ｅ ｐｒ进行电源模块设计 其 Ｉ ｘｅ ｔ 以及外 围电路设计的情况。最后 ， 出了该开关电源性能测试结果。 给
关键 词 ： 关电 源；Ｔ Ｐ ｗｔｈ Ｇ 开 Ｏ Ｓ ｉ — Ｘ芯 片 ； ＩＥ ｐ ｒ软件 ｃ Ｐ— ｘ ｅｔ
了开关 电源 的设 计 流程 ，缩短 了新产 品 的开发 周 期， 使开关 电源发展 到一 个新 的时代 。 以预见 应 可 用 Ｔ Ｐ ｗｔｈ芯 片所设 计 的开关 电源必将 会 在 更 Ｏ Ｓｉ ｃ 加广 泛 的领 域 得到应 用 。 无线 电动 冲 击 钻是 一 种 由 电动机 作 为 动 力 ，
基于 Ｔ Ｐ ｗｔ — Ｘ芯片 的开关 电源设计 Ｏ Ｓ ｉｈ Ｇ ｃ
梁
凯 ， 姚 高尚， 熊腊 森 ， 何 敬 强
武汉 ４ ０７ ） ３ ０ ４
（ 中科 技 大 学 材料 学 院 ， 湖北 华 摘
要 ： 用将 Ｐ 采 ＷＭ控 制 器和 ＭＯ Ｆ Ｔ功 率 开关 自启 动 电路 、 率 开 关管 、ＷＭ 控 制 电路 及 保 ＳＥ 功 Ｐ
护 电路 一体化 的 开关 电源 集成模 块芯 片是 新 一代 中、 小功 率开 关电源设 计 的主 流发展 趋 势 。电路
的高度 集成化有助于改善 电源的电磁 兼容性 ， 大地提 高了电源的效 率， 极 简化开关电源的设计和
缩短新 产 品的 开发 周期 。详 细 阐述 了 Ｔ Ｐ ｗｔｈ Ｇ 系列 芯 片的特 点 ， ＯＳｉ —Ｘ ｃ 以无 线 电动钻 充 电 电源为
中图分 类号 ：Ｎ ６ Ｔ ８
文献 标识 码 ： Ａ
文章 编号 ：２９ ２ １（０ ７０ —０ １０ ０ １— ７ ３２０ ）６ ０ ２— ７
基于TOPSwitch_GX系列芯片的开关电源设计与实现
第一作者:张丹红(19682),女,副教授,从事智能控制理论与应用、电源技术的研究。
基于T O PSw itch 2GX 系列芯片的开关电源设计与实现3张丹红, 李 乐(武汉理工大学自动化学院,湖北武汉 430070)摘 要:介绍了美国Power I ntegrati on 公司最新研制的开关电源集成芯片T OP 2S witch 2GX 系列的主要特点,设计了一款基于此系列芯片的多路输出单端反激式开关电源,阐述了设计的主要步骤,给出了设计注意事项及试验结果。
关键词:开关电源;反激式;脉宽调制;设计中图分类号:T N 86 文献标识码:B 文章编号:100125531(2006)0720032204D esi gn and Rea li za ti on of Sw itch i n g Power SupplyBa sed on TO PSw itch 2GX Fam ily Ch i pZHAN G D an 2hong, L I L e(School of Aut omati on,W uhan University of Science and Technol ogy,W uhan 430070,China ) Abstract:The main characteristics of the ne w T OPS witch 2GX which is an integrated s witched mode powersupp ly chi p p r oduced by Power I ntegrati on cor porati on of United States were intr oduced .The design of multi p le out put single ended flyback s witching power supp ly with GX serieswas p r oposed .The chief step s of the p r ojectwere exp lained in detail .Finally,the key points which should be paid attenti on t o during the design and the experi m ent result were given .Key words:sw itch i n g power supply;flyback;pulse w i dth m odul a ti on (P WM );desi gn3基金项目:武汉市青年科技晨光计划基金资助项目(20035002016205)0 引 言T OPS witch 2GX 系列开关电源集成芯片是美国Power I ntegrati on 公司最新推出的一组功能芯片,可广泛应用于各种中、小功率开关电源及电源模块中。
基于TOPSwitch的反激式开关稳压电源设计
摘 要： 阐述 了 Ｔ Ｐ ｗｔ Ｏ Ｓ ｉ ｈ系列芯 片的工作原理 ， ｃ 对基 于 Ｔ Ｓ ｉ ｈ的反 激式开关稳压 电源的工作过程进行解析 ， ＯＰ ｗｔ ｃ 设计 出一个宽电 压范 围输Ａ（ Ｃ ５ Ａ ８ Ｖ～２ ５ 、 出电压 １Ｖ、 ６ Ｖ程 以及主要元件参数 的计 算方法 ， ０ 给 实验 结果验
・
７ ・ ０
科 技 论 坛
基于 Ｔ Ｓ ｔｈ的反激式开关稳压 电源设 计 ＯＰ ｗｉ ｃ
朱维华 谢 门喜 何 利 ｓ （、 １ 北方＿． 大学 ， ｖ， －ｋ １ 北京 ２ １０ ２ 苏州大学城市轨道交通学院。 １１０ 、 江苏 苏州 ２ ５ ２ １０ １ ３ 北京市京能 电源技 术研 究所有限公司 ， 、 北京 １０ ７ ） ０ ０５
证 了设 计 的 正确 性 。 关键 词 ： 关 电 源 ； ＯＰ ｗ ｔ ； 激 式 ； 续 工 作 模 式 开 Ｔ Ｓ ｉｈ反 ｃ 连 １ 概 述
电子产 品在使用集成芯 片的过程中 ，必不可少 的前提就是要有一个能够提供芯片正常工作的直流 稳压电源。直流 电源的稳定程度会直接影响到集成 芯片的工作状态 ，因此在 电子产品设计开发时必须 要寻找一个稳定可靠的直流电源作为辅助电源。美 国 Ｐ 公 司生产 的 Ｔ Ｐ ｗｔ Ｉ Ｏ Ｓ ｉｈ系列 芯片 ， ｃ 是集金属 氧 化物半导体场效 应管（ Ｓ Ｅ ） ＭＯ Ｆ Ｔ 与其控制 电路 于一 体， 并具有 自动复位 、 ／ 过 欠压保 护 、 电流保护 和 过 过热保护等功能 ， 拓扑电路 比较简单 ， 基于该芯片设 计开关电源可以简化设计过程 ， 缩短开发周期 。 介绍 了利用该系芯片构成 了反激式 开关 电源设计思路与 主要参数的计算方法 ，并通过实验验证 了设计 的正 确性 。
基于TOPSwitch-GX系列单片开关电源应用设计
款基 于此 系列芯 片的多路输 出单 端反激 式开关 电源 电源 给
Ｈ Ｅ Ｄｏ ｇ ｓ ｅ ｇ ＬＵＯ ｈ — ｅ ｎ － ｈ ｎ ， Ｓ ｉ ｎ ｎ
（ ． ｏ ｌｇ ｆＥｌｃｒｃ ｌ ｇ ｎ ｅ ｉｇ，Ｓ ｕ ｈＣｈｎ ｉｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ １ Ｃ ｌ ｅｏ ｅ ｔｉａ ｅ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｏ ｔ ｉａ Ｕｎｖ ｒｉｙｏ ｃ ｎ ｌｇ ，Ｇｕ ｎ ｚ ｏ ６ ０ Ｃｈｎ ａ ｇ ｈ ｕ５１ ４ ， ｉａ ０ ｓ ２ Ｔｈ ｔ ｅ ｔｏ ｉｓＲｅ ｅ ｒｈ Ｉ ｓｉ ｔ ｆｔ ｅＭ ｉｉｔｙｏ ｎｏ ｍａ ｉｎ Ｉ ｄ ｓｒ ｆＣｈｎ ，Ｇｕ ｎ ｚ ｏ ０ ４ ， ｉａ ． ｅ５ ｈ Ｅｌｃｒ ｎｃ ｓａｃ ｎ ｔ ｕ ｅｏ ｈ ｎｓｒ ｆＩｆ ｒ ｔｏ ｎ ｕ ｔｙ ｏ ｉ ｔ ａ ａ ｇ ｈ ｕ ５ ６ ０ Ｃｈｎ ） １
文章 编 号 ：０ ９３ ６ （ ０ ７ ０ —０ ３０ １０ —６ ４ ２ ０ ） ３０ ４ — ４
基 于 Ｔ Ｓ ｔｈＧ 系列 单 片 开 关 电源 应 用设 计 ＯＰ ｗｉ — Ｘ ｃ
何 东 升 罗 世 能 ，
（． １ 华南理工大学 电力学 院， 广东 广州 ５ ０４ ；． １６ ０ ２ 信息产业部 电子第 五研究所 ， 广东 广州 ５ ０ ４ ） １ ６０
具有低成本 、 效率、 高 小尺 寸 、 密 封 式 的 特 点 。 全 关键词 ： 片开关电源； 单 电流 型 Ｐ ＷＭ ； Ｔ０Ｐ ｗｉ ｈＧＸ Ｓ ｔ— ｃ 中图分类号 ： ８ ＴＮ ６ 文 献 标 识 码 ：Ａ
基于TOPSwitch的开关电源设计
基于TOPSwitch的开关电源设计TOPSwitch是一种高性能开关电源集成电路，被广泛用于各种电子设备中。
本文将介绍基于TOPSwitch的开关电源设计。
开关电源是一种将交流电转换为直流电的设备，具有高转换效率、体积小、重量轻和稳定性好等优点。
而TOPSwitch是一个集成了开关管、调制器、电流检测和保护电路的芯片。
其独特的设计可以实现高效能、高可靠性、低成本和紧凑尺寸。
首先，在进行开关电源设计之前，我们需要明确设计的需求和目标。
比如输出电压、输出电流、效率要求、稳定性要求等。
这些因素会直接影响到电源设计的参数选择和电路设计。
其次，确定所需的输入电压范围和输出电压范围。
TOPSwitch支持宽输入电压范围，所以我们可以根据实际需求选择合适的输入电压范围。
接下来，选择合适的电感和电容。
电感和电容是开关电源中非常重要的元件，能够存储和释放能量。
在TOPSwitch设计中，电感的选择要根据输入和输出电压以及预期的输出电流来确定。
而电容的选择则需要考虑输入电压的纹波、输出电压的稳定性和输出电流的需求。
在电路设计方面，我们需要根据TOPSwitch的数据手册来设计输入滤波电路、整流电路、开关管控制电路、输出滤波电路等。
这些电路的设计需要考虑到输入和输出电压的稳定性、电流的保护，以及电流和电压的控制等。
在设计过程中，还需要注意热管理。
由于开关电源会产生一定的热量，所以我们需要设计散热器来散热，以确保电源的正常运行和使用寿命。
最后，我们需要对设计的开关电源进行测试和验证，以确保其满足设计要求和性能指标。
测试内容包括输入输出电压的稳定性、效率、温度、波形和电流等。
综上所述，基于TOPSwitch的开关电源设计需要综合考虑输入输出电压、电流、效率、稳定性和保护等因素，并按照数据手册的要求设计合适的电路和元件。
通过测试和验证，确保设计的开关电源满足设计要求和性能指标。
TOPSwitch的独特设计和高性能使其成为一种理想的选择，被广泛应用于各种电子设备中。
利用TOP Switch设计的开关电源剖析
利用TOP Switch设计的开关电源TOP Switch（Three Terminal Off－line PWM Switch）是PI（Power Integration）公司最先研制成功的三端隔离式脉宽调制单片开关电源集成电路，其第一代产品以1994年问世的TOP100/200系列为代表，第二代则是1997年推出的TOP－Ⅱ（221～227）系列，而新推出的TOP－GX系列（24X），除了功率继续有所增大之外，更是在前两代产品的基础上增加了不少功能，故可以看作第三代产品。
本文以其第一、二代产品为例，介绍其特点、原理及应用。
2 TOP Switch集成芯片介绍2.1 特点与优点TOP Switch将MOSFET与整套PWM控制系统集成在一个单片集成器件内，内部包含了MOSFET、PWM发生器、驱动电路、自动偏置电路、保护电路、高压启动电路和环路补偿电路等。
由于它已经将电路各个功能部分都集成在片子内部，所以与常规的分立元件组成的电路相比，它有着以下明显优势。
1)电路结构简单，效率高。
它只有三个输出控制端，利用简单的外围器件就可以完成一个开关电源的控制功能，使电路结构得以简化，体积减小，提高可靠性。
并且把驱动和开关器件集成在一个片子内部，有利于提高效率和功率密度。
2)TOP Switch内部有一个高压小容量的N－MOSFET输出管，该管具有导通电阻小、导通速度可以控制等特点，因而可以减小开关电压变化率，进而减小EMI。
3)片子内部集成了脉冲前沿中断检测电路、输入欠压封锁电路、输出过压保护电路、关机自动恢复工作电路等保护电路，可以避免因各种故障引起的不良后果。
2.2 外部封装和引脚功能前两代产品都采用图1所示的TO－220或DIP/SMD－8的封装形式。
其中，后者可以根据引脚功能而简接成同TO－220封装一样的3个引脚的形式，即只有D（漏极）、S（源极）和C（控制极）简接成同TO－220封装一样的3个引脚的形式，即只有D（漏极）、S（源极）和C（控制极）三个功能引脚。
基于TOPSwitch_II的单片开关电源设计
= 0. 53 , 其 中 UD S (on) 是 TOPS2
w itch 2II导通期间漏极 2 源 极的平均电压值 , 取 10 V。
变换 器 原 边 的 平 均 输 入 直 流 电 流 IAV G =
2
收稿日期 : 2007 2 08 2 15 作者简介 : 张小华 ( 1979 2) ,男 , 2005 级硕士研பைடு நூலகம்生 ,研究方向 : 高频软开关电源 。
为 PC40 ,在 100 ℃ 时饱和磁通密度 B s≈ 390 mT 。 ・43・
[2]
通信电源技术
2008 年 1 月 25 日第 25 卷第 1 期
1 基于 TO P222Y 的四路输出开关电源设计
图 1 是选用 TOPSw itch 2II系列产品 TOP222 Y 设 计的三端单片开关电源电路 。性能指标是 : 输入电压 为 AC 85 ～265 V; 输出分为主输出 : + 5 V / 0. 8 A; 辅 助输出 + 12 V / 0. 2 A , + 15 V / 0. 1 A , - 15 V / 0. 1 A。 它采用反激式功率变换电路 , 对多路输出的负载有较 好的自动平衡能力 ,其电路中的变压器可同时实现直 流隔离 、 能量存储和电压转换的功能 ,不需要额外的电 感来存储能量并作为输出脉宽调制波形的低通滤波 器 。所以磁性元器件数目较少 ,成本低廉 。 1. 1 高频变压器设计 选 E I2 25 磁芯 ,其磁芯截面积 A e = 41 mm ,其材质
D esign of Single 2 Chip Sw itching Mode Power Supp ly B ased on TO PSw itch 2II
基于TOPSwitch-Ⅱ的小功率开关电源设计概要
基于TOPSwitch-Ⅱ的小功率开关电源设计摘要单片开关电源自20世纪90年代中期问世以来，便显示出强大的生命力，并以其优良的特性倍受人们的青睐。
TOPSwitch-II器件为三端单片开关电源,是一种将PWM和MOSFET合二为一的新型集成芯片。
与普通线性稳压电源相比其优点为体积小、重量轻,并且密度高、价格低;采用它制作高频开关电源,不仅简化了电路,同时可以改善电源的电磁兼容性能,且降低了制作成本。
目前，它已成为开发国际通用的高效率、小功率开关电源的优选，也为新型开关电源的推广和普及创造了条件。
此次设计用TOP222Y型三段单片机来控制，具有单片集成化、最简外围电路、最佳性能指标、无工频变压器、能完全实现电气隔离等特点，配合带稳压管的光耦合器，能将交流转换成直流稳压输出，该电路简单，稳定性能好，成本低。
关键词：开关电源、TOPSwitch-Ⅱ、光耦合目录第一章概述....................................................................................................... - 3 -1.1 开关电源工作原理................................................................................... - 3 -1.2 TOPSwitch简介....................................................................................... - 3 -1.3 开关电源的发展....................................................................................... - 6 -1.4 开关电源基本拓扑结构........................................................................... - 7 -1.4.1 反激式变换器................................................................................. - 7 -1.4.2 正激式变换器............................................................................... - 10 -1.4.3 半桥式变换器............................................................................... - 11 -1.4.4 全桥式变换器............................................................................... - 12 - 第二章TOPSwitch-Ⅱ的结构和原理及型号确定过程..................................... - 13 -2.1 TOPSwitch-Ⅱ的结构及原理................................................................. - 13 -2.2 基于TOP222Y芯片小功率反激式开关电源的设计 .......................... - 18 - 第三章各电路模块的设计................................................................................. - 20 -3.1 EMI滤波器……………………………………………………...……..- 20 -3.2 输入整流桥的选择…………………………………………...………. - 20 -3.3 频变压器的设计……………………………...….…………………..- 20 -3.3.1 变压器的分类 ................................................................................... - 24 -3.3.2 高频变压器的工作原理...................................................................... - 24 -3.3.3 开关电源高频变压器的参数计算........................................................ - 25 -3.3.4 高频变压器的绕制 ............................................................................ - 27 -3.3.5 高频变压器绕制的注意事项....................................................... - 28 -3.3.6 反激式开关电源变压器绕制示意图................................................. - 28 -3.3.7 减小高频变压器的漏感……………………………………..…- 28 -第四章电路各模块的参数计算......................................................................... - 32 -4.1 EMI整流滤波电路元件的参数计算 ....................................................... - 32 -4.2 PC817光电耦合器与TL431外围器件参数计算................................... - 32 -4.3 TL431的取样电阻计算............................................................................ - 34 - 第五章仿真......................................................................................................... - 35 -5.1 仿真软件简介........................................................................................... - 35 -5.2开关电源设计总原理图............................................................................ - 36 -5.3 PSIM仿真图 ............................................................................................. - 37 - 第六章设计总结................................................................................................... - 38 - 参考文献................................................................................................................. - 42 -第一章概述1.1开关电源工作原理开关直流稳压电源是基于方波电压的平均值与其占空比成正比以及电感、电容电路的积分特征而形成的。
采用TOPSwitch的单端正激式电源的电路分析与设计
引言TOPSwitch是美国功率集成公司（PI）于20世纪90年代中期推出的新型高频开关电源芯片，是三端离线PWM开关（Three terminalofflinePWMSwitch）的缩写。
它将开关电源中最重要的两个部分——PWM控制集成电路和功率开关管MOSFET集成在一块芯片上，构成PWM/MOSFET合二为一集成芯片，使外部电路简化，其工作频率高达100kH z，交流输入电压85～265V，AC/DC转换效率高达90％。
对200W以下的开关电源，采用TOPSwitch作为主功率器件与其他电路相比，体积小、重量轻，自我保护功能齐全，从而降低了开关电源设计的复杂性，是一种简捷的SMPS（SwitchModePowerSupply）设计方案。
TOPSwitch系列可在降压型，升压型，正激式和反激式等变换电路中使用。
但是，在现有的参考文献以及PI公司提供的设计手册中，所介绍的都是用TOPSwitch制作单端反激式开关电源的设计方法。
反激式变换器一般有两种工作方式：完全能量转换（电感电流不连续）和不完全能量转换（电感电流连续）。
这两种工作方式的小信号传递函数是截然不同的，动态分析时要做不同的处理。
实际上当变换器输入电压在一个较大范围发生变化，和（或者）负载电流在较大范围内变化时，必然跨越两种工作方式，因此，常要求反激式变换器在完全能量和不完全能量转换方式下都能稳定工作。
但是，要求同一个电路能实现从一种工作方式转变为另一种工作方式，在设计上是较为困难的。
而且，作为单片开关电源的核心部件高频变压器的设计，由于反激式变换器中的变压器兼有储能、限流、隔离的作用，在设计上要比正激式变换器中的高频变压器困难，对于初学者来说很难掌握。
笔者采用TOP225Y设计了一种单端正激式开关电源电路，实验证明该电路是切实可行的。
下面介绍其工作原理与设计方法，以供探讨。
1 TOPSwitch系列应用于单端正激变换器中存在的问题TOPSwitch的交流输入电压范围为85～265V，最大电压应力≤700V，这个耐压值对于输入最大直流电压Vmax=265×1.4=371V是足够的,但应用在一般的单端正激变换器中却存在问题。
基于TOP Switch LED开关电源设计课程设计
基于TOP Switch LED开关电源设计摘要开关电源以其低功耗、高效率、体积小、重量轻、稳压范围宽等优点受到人们亲睐，在通信设备、数控装置、仪表仪器等各种电子电气设备中得到广泛应用。
TOP系列芯片由美国PI公司（美国功率公司）生产，是一款专门为开关电源设计提供设计支持的集成芯片，TOP系列芯片具有集成度高、性价比高、外围电路简单、性能指标稳定以及构成高效率无工频变压器隔离式开关电源的优点。
目前以及被广泛用作小功率开关电源、精密开关电源和电源模板的优选集成电路。
LED被称为第四代光源，具有节能、安全、环保寿命长、低功耗、高亮度、光束集中、维护简便等特点，广泛用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域。
TOP253EN芯片专门提供输出43W以下的电源方案，论文针对TOP253EN的特性，对外围电路进行相关设计，使设计电源能稳定输出12V,1.67A为LED持续供电。
关键词：开关电源 LED TOP Switch 直流反激式目录前言第一章：绪论1.1课题研究现状1.2 课题研究意义及发展前景1.3章节分配第二章：LED开关电源简介第三章：基于TOP Switch LED开关电源的总体设计3.1设计要求3.2 总体设计流程图3.3 器件选择3.4 TOP253EN芯片性能特点第四章：LED开关电源各电路设计4.1整流滤波电路设计4.2 变压器设计4.3输入整流电路设计4.4 反馈电路设计4.5 对阻断二极管的选择4.6开关电源原理图绘制第五章：安全性能分析5.1电源散热与效率5.2安全分析第六章：总结6.1 开关电源干扰来源分析6.2开关电源抑制干扰措施分析致谢参考文献第一章绪论1.1课题研究现状半导体照明技术的开发研究引起了全球研究机构和企业的重视，国外共近有约200家机构参与GaN器件，材料和设备的研发。
近300所大学和研究所参与GaN的研发。
目前，功率型白光LED光视效能（发光效率）100lm/W,研究水平达到160lm/W.经过技术发展和市场竞争，世界主要LED厂商已经形成各种的特色。
基于TOPSwitch及PI Expert的单端反激式开关电源设计
基于TOPSwitch及PI Expert的单端反激式开关电源设计0 引言开关电源以其小型、轻量和高效率的特点，被广泛地应用于各种电气设备和系统中，其性能的优劣直接关系到整个系统功能的实现。
开关稳压电源有多种类型，其中单端反激式开关电源由于具有线路简单，所需要的元器件少，能够提供多路隔离输出等优点而广泛应用于小功率电源领域。
传统的单端反激电源一般由PWM控制芯片(如UC3842)和功率开关管(频率较高时一般使用MOSFET)组成，PWM芯片控制环路设计复杂，容易造成系统工作不稳定，功率开关管有时需要外加驱动电路。
另外，反激变压器的设计也是一个难点，其往往导致电源设计周期延长。
随着PI公司生产的以TOPSwitch为代表的新一代单片开关电源的问世，以上诸多问题都得到了很好的解决。
应用TOPSwitch设计开关电源，不仅器件更少，结构更简单，发热量更少，工作更可靠，而且与之配套的软件设计平台Pl Expert使得变压器的设计也变得异常容易。
两者结合已成为一种高效的开关电源设计方案。
本文以一个具体的设计实例，洋细阐述了如何应用TOPSwitch及PI Expert进行开关电源没计，并通过试验进行了验证。
1 单端反激电源基本工作原理单端反激式开关电源的基本本作原理比较简单。
采用基本反馈电路的基于TOPSwitch的单端反激电路如图l所示，其中变压器T1具有能量存储、原副边隔离和电压转换三种作用。
TOPSwitch开通时副边整流二极管D2截止，此间输出负载的能量由C1提供；TOPSwitch关断后,变压器磁心中的磁通减少,副边绕组电压极性反向，整流二极管开始导通,存储在变压器中的能量输送给负载，同时补充C1先前减少的能量。
根据变压器原边电流是否减小到零，可以将单端反激式开关电源分为断续和连续两种工作模式。
不同工作模式对整个电源的效率以及相关参数的选择都有一定影响。
2 TOPSwithch及PI Expert简介TOPSwitch系列单片开关电源是美国Power Integrations(PI)公司开发的新型开关电源芯片，其将离线式开关电源所必需的各种功能模块都集成到一块芯片上，包括高压功率场效应管MOSFET、PWM控制器、高频振荡器、高压启动偏置电路、基准电压、误差放大器、用于环路补偿的并联偏置调整器以及各种保护电路等。
TOPSwitch组成单端反激式开关电源的设计流程图
TOPSwitch组成单端反激式开关电源的设计流程图TOPSwitch是内含高压功率MOSFET开关管的单片复合IC器件，它包含所有的模拟和数字控制电路，能完成隔离变压、调整稳压、自动保护等开关电源需要的全部功能。
由于IC外部元器件很少，因此它能大为简化电源的设计。
又因它的开关频率高达100KHz，从而能明显缩小电源变压器的尺寸，并且允许使用更小的储能元件。
当电网电压为85-265 时其输出功率功率可达50W，当电网电压为195-265 时，输出功率则达100W。
设计一台单端反激式离线开关电源，涉及到电气工程的许多方面：模拟电路和数字电路的结构，双极管和MOS功率管器件的特征，磁性材料的考虑，热温升的散发，过流和过压的安全防护，控制回路的稳定性能等。
这就提出了一个巨大的挑战：它的设计涉及到需要综合协调的许多可变因素。
正是由于TOPSwitch的高度集成化，才使得这项设计任务被大大地简化。
因为它有效的缩减了设计变数项目，并且建立了IC内部回路的稳定性，所以发展成为一种简单的逐步设计方法，使之容易遵循参照，并指引读者从TOPSwitch的设计流程图中，快速的得到较满意的结果。
一台开关电源的设计，本质上是一件把许多变数调节到最佳值的反复过程。
它的设计方法大体上可有下述三部分：一是完整的设计流程图，二是简明扼要的设计步骤，三是深化的数据信息处理。
在构思阶段的流程图，是做成一个框图来提供全局的概貌，并指出完整的设计步骤。
该逐步设计程序是设计方法的一种简化模式，在执行程序阶段，他自始至终指导读者如何按给定的电源系统指标要求和规范，运用经验规则，查阅表格和简化的图示项目，来完成所需的TOPSwitch反激式电源的设计在优化最佳数据和信息的过程中，可利用关键的基本工作数据作为设计指南，例如一些方程式和导向图标等。
在以上三者之间，它们提供了前后相互参照的内容，让读者能开阔思路，在给定的阶段执行有关程序，实现最佳参数，这有利于深入理解和进一步优化数据。
基于TOPSwitch超宽输入隔离式稳压开关电源设计
基于TOPSwitch超宽输入隔离式稳压开关电源设计引言 开关电源(Switching Power Supply)自问世以来，就以其稳定、高效、节能等优良性能而成为稳压电源的主要产品。
而高度集成化的单片开关电源，更是因其高性价比、简单的外围电路、小体积与重量和无工频变压器隔离方式等优势而成为稳压电源中的佼佼者。
随着各种不同的单片开关电源芯片及其电路拓扑的应用和推广，单片开关电源越来越体现出巨大的实用价值和美好前景。
但是，TOPSwitch通常允许的输入电压变化范围为120～370V，本文尝试用它制作更宽输入电压变化范围(80～550V)的稳压电源。
实验结果证明是很成功的。
芯片结构及稳压原理 近十几年来，美国电源集成公司(PI)、摩托罗拉公司(Motorola)、意-法半导体公司(SGS-Thomson)、美国Onsemi公司等相继推出了TOPSwitch，MC，L4970，NCP1000等不同系列的单片开关电源产品。
由于TOPSwitch系列产品性能稳定，价格实惠，故本文选择该系列中的一种芯片为核心设计制作了一种输入范围极宽的稳压电源。
该电源输入直流电压范围为80～550V，输出直流电压20V，输出功率20W。
TOPSwitch不论是三脚封装，还是DIP-8或SMB-8封装，其实质都是三端器件，分别为控制端C(Control)、源极S(Source)、漏极D(Drain)。
控制端的主要作用是，根据其电流Ic来自动调节占空比，当Ic变化时，占空比就在一定范围内变化。
源极S与芯片内部功率MOS管源极相连，并作为初级电路的公共地。
漏极D与芯片内部功率MOS管的漏极相连。
TOPSwitch主要包括控制电压源、高压电流源、关断/自动重启动电路、并。
TOPSwitch单端反激式开关电源设计
第二节TOPSwitch组成单端反激式开关电源的设计流程图TOPSwitch是内含高压功率MOSFET开关管的单片复合IC器件，它包含所有的模拟和数字控制电路，能完成隔离变压、调整稳压、自动保护等开关电源需要的全部功能。
由于IC 外部元器件很少，因此它能大为简化电源的设计。
又因它的开关频率高达100KHz，从而能V时明显缩小电源变压器的尺寸，并且允许使用更小的储能元件。
当电网电压为85-265ACV时，输出功率则达100W。
其输出功率功率可达50W，当电网电压为195-265AC设计一台单端反激式离线开关电源，涉及到电气工程的许多方面：模拟电路和数字电路的结构，双极管和MOS功率管器件的特征，磁性材料的考虑，热温升的散发，过流和过压的安全防护，控制回路的稳定性能等。
这就提出了一个巨大的挑战：它的设计涉及到需要综合协调的许多可变因素。
正是由于TOPSwitch的高度集成化，才使得这项设计任务被大大地简化。
因为它有效的缩减了设计变数项目，并且建立了IC内部回路的稳定性，所以发展成为一种简单的逐步设计方法，使之容易遵循参照，并指引读者从TOPSwitch的设计流程图中，快速的得到较满意的结果。
一台开关电源的设计，本质上是一件把许多变数调节到最佳值的反复过程。
它的设计方法大体上可有下述三部分：一是完整的设计流程图，而是简明扼要的设计步骤，三是深化的数据信息处理。
在构思阶段的流程图，是做成一个框图来提供全局的概貌，并指出完整的设计步骤。
该逐步设计程序是设计方法的一种简化模式，在执行程序阶段，他自始至终指导读者如何按给定的电源系统指标要求和规范，运用经验规则，查阅表格和简化的图示项目，来完成所需的TOPSwitch反激式电源的设计在优化最佳数据和信息的过程中，可利用关键的基本工作数据作为设计指南，例如一些方程式和导向图标等。
在以上三者之间，它们提供了前后相互参照的内容，让读者能开阔思路，在给定的阶段执行有关程序，实现最佳参数，这有利于深入理解和进一步优化数据。
TOPSwitch组成单端反激式开关电源的设计流程图
TOPSwitch组成单端反激式开关电源的设计流程图TOPSwitch是内含高压功率MOSFET开关管的单片复合IC器件，它包含所有的模拟和数字控制电路，能完成隔离变压、调整稳压、自动保护等开关电源需要的全部功能。
由于IC外部元器件很少，因此它能大为简化电源的设计。
又因它的开关频率高达100KHz，从而能明显缩小电源变压器的尺寸，并且允许使用更小的储能元件。
当电网电压为85-265 时其输出功率功率可达50W，当电网电压为195-265 时，输出功率则达100W。
设计一台单端反激式离线开关电源，涉及到电气工程的许多方面：模拟电路和数字电路的结构，双极管和MOS功率管器件的特征，磁性材料的考虑，热温升的散发，过流和过压的安全防护，控制回路的稳定性能等。
这就提出了一个巨大的挑战：它的设计涉及到需要综合协调的许多可变因素。
正是由于TOPSwitch的高度集成化，才使得这项设计任务被大大地简化。
因为它有效的缩减了设计变数项目，并且建立了IC内部回路的稳定性，所以发展成为一种简单的逐步设计方法，使之容易遵循参照，并指引读者从TOPSwitch的设计流程图中，快速的得到较满意的结果。
一台开关电源的设计，本质上是一件把许多变数调节到最佳值的反复过程。
它的设计方法大体上可有下述三部分：一是完整的设计流程图，二是简明扼要的设计步骤，三是深化的数据信息处理。
在构思阶段的流程图，是做成一个框图来提供全局的概貌，并指出完整的设计步骤。
该逐步设计程序是设计方法的一种简化模式，在执行程序阶段，他自始至终指导读者如何按给定的电源系统指标要求和规范，运用经验规则，查阅表格和简化的图示项目，来完成所需的TOPSwitch反激式电源的设计在优化最佳数据和信息的过程中，可利用关键的基本工作数据作为设计指南，例如一些方程式和导向图标等。
在以上三者之间，它们提供了前后相互参照的内容，让读者能开阔思路，在给定的阶段执行有关程序，实现最佳参数，这有利于深入理解和进一步优化数据。
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基于TOPSwitch Ⅱ的开关电源设计
1 引言
功率开关管、PWM控制器和高频变压器是开关电源必不可少的组成部分。
传统的开关电源一般均采用分立的高频功率开关管和多引脚的PWM集成控制器，例如采用UC3842＋MOSFET是国内小功率开关电源中较为普及的设计方法。
90年代以来，出现了PWM/MOSFET二合一集成芯片，他大大降低了开关电源设计的复杂性，减少了开关电源设计所需的时间，从而加快了产品进入市场的速度。
二合一集成控制芯片多采用3脚，4脚，5脚，7脚和8脚封装，其中美国功率集成公司于97年推出的三端脱线式TOPSwitch Ⅱ系列二合一集成控制器件，是该类器件的代表性产品。
2 TOPSwitch Ⅱ器件简介
TOPSwitch系列器件是三端脱线式PWM开关（Three－terminal Off－line PWM Swtich）的英文缩写。
TOPSwitch 系列器件仅用了3个管脚就将脱线式开关电源所必需的具有通态可控栅极驱动电路的高压N沟道功率的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，带隙基准，用于环路补偿的并联偏置调整器以及误差放大器和故障保护等功能全部组合在一起了。
TOPSwitch Ⅱ系列器件是TOPSwitch的升级产品，同后者相比，内部电路做了许多改进，器件对于电路板布局以及输
入总线瞬变的敏感性大大减少，故设计更为方便，性能有所增强。
其型号包括TOP221－TOP227，内部结构如图1所示[1]。
TOPSwitch Ⅱ是一个自偏置、自保护的电流－占空比线性控制转换器。
由于采用CMOS工艺，转换效率与采用双集成电路和分立元件相比，偏置电流大大减少，并省去了用于电流传导和提供启动偏置电流的外接电阻。
漏极连接内部MOSFET的漏极，在启动时，通过内部高压开关电流源提供内部偏置电流。
源极连接内部MOSFET的源极，是初级电路的公共点和基准点。
控制极误差放大电路和反馈电流的输入端。
在正常工作时，由内部并联调整器提供内部偏流。
系统关闭时，可激发输入电流，同时也是提供旁路、自动重启和补偿功能的电容连接点。
控制电压控制极的电压V c给控制器和驱动器供电或提供偏压。
接在控制极和源极之间的外部旁路电容C T，为栅极提供驱动电流，并设置自动恢复时间及控制环路的补偿。
在正常工作（输出电压稳定）时，反馈控制电流给V c供电，并
联稳压器使V c保持在4.7V。
在启动时，控制极的电流由内部接在漏极和控制极之间的高压开关电流源提供。
控制极电容C T放电至阈值电压以下时，输出MOSFET截止，控制电路处于备用方式。
此时高压电流源接通，并再次给电容C T 充电。
通过高压电流源的接通和断开，使V c保持在4.7－5.7V 之间。
带隙基准TOPSwitch Ⅱ内部电压取自具有温度补偿的带
隙基准电压。
此基准电压也能产生可微调的温度补偿电流源，用来精确地调节振荡器的频率和MOSFET栅极驱动电流。
振荡器内部振荡器通过内部电容线性地充电放电，产生脉宽调制器所需的的锯齿波电压。
为了降低EMI并提高电源的效率，振荡器额定频率为100kHz。
脉宽调制器流入控制极的电流在RE两端产生的压降，经RC电路滤波后，加到PWM比较器的同相输入端，与振荡器输出的锯齿波电压比较，产生脉宽调制信号，该信号驱动输出MOSFET实现电压型控制。
正常工作时，内部MOSFET 输出脉冲的占空比随着控制极电流的增加而线性减少，如图2所示[1]。
栅极驱动器栅极驱动器以一定速率使输出MOSFET导通。
为了提高精确度，栅极驱动电流还可以进行微调逐周限流。
逐周限流电路用输出MOSFET的导通电阻作为取样电阻，
限流比较器将MOSFET导通时的漏源电压与阈值电压
VI LIMIT进行比较。
漏极电流过大时，漏源电压超过阈值电压，输出MOSFET关断，直到下一个周期，输出MOSFET才能导通。
误差放大器误差放大器的电压基准取自温度补偿带隙基准电压；误差放大器的增益则由控制极的动态阻抗设定。
系统关闭/自动重动为了减少功耗，当超过调整状态时，该电路将以5％的占空比接通和关断电源。
过热保护当结温超过热关断温度（135℃）时，模拟电路将关断输出MOSFET。
高压偏流源在启动期间，该电流源从漏极偏置TOPSwitch Ⅱ，并对控制极外界电容C T充电。
在TOPSwitch Ⅱ系列中，TOP225－TOP227采用TO－220封装形式，而TOP221－TOP224则有TO－220和DIP －8，SMD－8三种封装形式，如图3所示[1]。
考虑到DIP －8和SMD－8的散热情况，采用这2种封装形式的器件输出功能要适当降低。
3 TOPSwitch Ⅱ应用于反激式功率变换电路
在开关电源电路中，基本类型有5种：单端反激式、单端正激式、推挽式、半桥式和全桥式。
对于100W以下的开关电源，多采用单端反激式变换器，反激式功率变换电路中的变压器，除了起隔离作用之外，还具有储能的功能。
反激式功率变换电路结果比较简单，输出电压不受输入电压的限制，亦可提供多路电压输出。
TOPSwitch Ⅱ系列应用于单端反激式变换器，典型用法如图4所示[2]。
在图4中，（a）将偏置线圈通过限流电阻直接作为TOPSwitch Ⅱ控制极的输入；（b）在（a）的基础上增加了稳压管，是（a）的增强型；（c）中输出电压通过光耦作用于TOPSwitch Ⅱ控制极，在输出电压反馈精度上有所提高；（d）在（c）基础上增加了精密基准TL431，使得输出稳压精度和负载调整率都能获得较高的精度。
4种变换电路的效果如表1所示。
4 应用实例
图5为输入电压为85－265V，输出为15V的反激式开关电源实际电路。
其采用图4中（d）的反馈电路形式。
交流电压经整流桥V2整流和C2滤波后，产生的高压直流电压加至变压器一端，变压器另一端与TOP224的漏极相连。
R9，C8和V3为缓冲吸收电路，用以吸收TOP224在关断过程中由于变压器漏感引起的电压尖峰过冲。
偏置线圈经V7和C2整流滤波后产生TOP224所需的偏置电压；C6能够滤除TOP224内部MOSFET栅极充电电流的峰值，确定重新启动的频率，并与R1，R2一起补偿控制回路。
TLP431并联稳压器内部包含2.5V带隙基准电压、运算放大器和驱动器，作次级基准误差放大器用。
调节R P1可对输出电压实现微调。
当输出电压受某种原因发生波动时，通过TL431等器件组成的反馈电路，改变流过光耦PC817的发光二极管的电流，从而改变流入TOP224控制极的电流，调整TOP224内部MOSFET的输出占空比，使输出电压重新稳压。
5 结语
采用TOPSwitch Ⅱ器件的开关电源与采用分立的
MOSFET功率开关及PWM集成控制器的开关电源相比，具有以下特点：
（1）成本低廉
TOPSwitch Ⅱ采用CMOS工艺制作，并在芯片中集成了尽可能多的功能，故与传统的功率开关电路相比，偏置电流显著降低；开关电源所需的功能集成于芯片中后，外部的电流传感电阻和初始启动偏压电流的电路均可除去，可大量减少元器件，使产品的成本和体积均大大减少；
（2）电源设计简化
TOPSwitch Ⅱ器件集成了PWM控制器和高压MOSFET，只需外接一个电容就能实现补偿、旁路、启动和自动重启功能；
（3）功能完善的保护
TOPSwitch Ⅱ具有自动重启和逐周电流限制功能，可对功率变压器初级和次级电路的故障进行保护；其还具有过热保护和过流保护功能，可在电路过载时有效地保护电源。