内容发布更新时间 : 2024/11/16 20:28:47星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

图1-5 di/dt抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形

2．TOPSwitch-GX芯片

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2．1 TOPSwitch-GX的性能

被誉为“高效节能 ”的开关电源（SwitchingModePowerSupply-SMPS）自问世以来 ,以其高效率、小体积、低成本等优点已在通讯、航天、航空、工业自动化装置及仪器仪表等领域广泛应用。美国动力公司(Power Integrations-PI)于二十世纪90年代中期推出的新型高频单片开关电源芯片 ,更被誉为“顶级开关电源”。PI公司继 TOPSwitch-FX之后新推出的TOPSwitch-GX第四代单片开关电源集成电路 ,极大地简化了 250 W以下的开关电源设计和缩短了产品的开发周期 ,为新型、高效、低成本、小体积开关电源的推广与普及创造了条件。TOPSwitch-GX系列器件主要包括下列型号:TOP242P～TOP244P、TOP242G～TOP244G、TOP242Y～TOP250Y等共 33种型号 ,它们主要有以下特点:

(1)最大输出功率由 FX系列的 75 W扩展到 250W;

(2) 新增加的线路检测端(L)和极限电流设定端(X), 代替了TOPSwitch-FX的多功能端（M）的全部控制功能 ,使用更加灵活方便;

（3）具备软启动功能 ,最大限度地降低峰值电压和电流 ,减轻了元器件启动时的负担;

（4）具有可编程设定极限电流和输入电压欠压、过压检测功能; （5）具有线性限压检测 ,无关断尖峰干扰;

（6）负载很轻时 ,能自动将开关频率从132kHz降低到30 kHz半频模式下则由 66 kHz降至15 kHz , 从而降低开关损耗 ,进一步提高转换效率[8]。

2．2 TOPSwitch-GX的内部结构及引脚

2．2．1 TOPSwitch-GX的内部结构

TOPSwitch-GX的内部结构如图 2-1所示 ,由图可知，该电路主要由以下几部分组成：

（1）控制电压源 控制电压UC向并联调整器和门驱动级提供偏置电压，控制电流

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IC调节占空比；

（2）带隙基准电压 所有的临界TOPSwitch内部电压都由一个温度补偿的带隙参考基准得出。该参考基准也产生一个温度补偿的电流源，它被微调在精确设置的振荡频率和调节MOSFET栅级的驱动电流；

（3）振荡器 用于产生脉宽调制器所需要的锯齿波、时钟信号及最大占空比信号； （4）并联调整器/误差放大器 误差放大器将反馈电压与5.7V基准电压进行比较,输出误差电流Ifb在Re上形成误差；

（5）脉宽调制器 脉冲宽度调制器提供电压型控制环，以驱动输出级MOSFET，其占空比与流入控制脚的电流成反比。该脚在Re两端产生一个电压误差信号，经RC滤波后，与内部振荡器锯齿波相比较，产生一定占空比的波形；

（6）门驱动级和输出级 门驱动级用于驱动功率开关管，使之按一定速率导通。MOSFET管的漏-源击穿电压大于700V；

（7）过流保护电路 过流比较器的反向输入端接阀值电压Ulimit,同相输入端接MOSFET的漏极；

（8）具有滞后特性的过热保护电路 当芯片结温大于135℃时，过热保护电路将关断输出级；当芯片结温低于70℃时，电路恢复正常工作，即具有滞后特性； （9）关断/自动重启电路 一旦调节失控，将立即使电路在低占空比下工作，倘若故障被排除，则自动重新启动电源，恢复正常工作；

（10）高压电流源 在启动或滞后调节模式下，高压电流源经过电子开关S给内部电路提供偏置，电源正常工作时，电子开关S改接内部电源，将高压电流源关断； （11）软启动 软启动时间为10ms，以减轻启动时元器件的负荷冲击；

（12）输入过压、欠压检测及保护电路 通过外接电阻器设定过压、欠压的保护电压，并且可以在电源关断时防止自动重启动脉冲的干扰；

（13）轻载时自动降低开关频率 开关频率及占空比能随输出端负载的降低而自动减少，保证其在轻载时仍具有很好的调节特性；

（14）停止逻辑及开启电压为1V的电压比较器 通过改变线路检测端流入或流出电流的大小及方向来控制开关电源的通、断状态。线路检测端内部还增加了开启电压为1V的电压比较器，此开启电压可用于远程通断控制[4]。

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图2-1 TOPSwitch-GX芯片内部结构图

2．2．2 TOPSwitch-GX的引脚功能

TOPSwitch-GX的引脚排列如图2-2所示，有六个引出端，分别是控制端C，线路检测端L，极限电流设定端X，源极S，开关频率选择端F，漏极D。由其内部结构图4可知，该电路主要由控制电压源、带隙基准电压源、并联调整器 /误差放大器、脉宽调制器(PWM)、振荡器、门驱动级和输出级、过流保护电路、过热保护电路、软启动电路、关断 /自启动电路及高压电流源等部分组成。

图2-2 TOPSwitch-GX引脚排图TOP-220-7C（Y）封装

TOPSwitch-GX的管脚说明：

漏极（D）:MOSFET管漏极输出。高压开关电流源通过此脚为内部提供启动偏置电流。

开关频率选择端（F）:用于选择开关频率的输入引脚 ,连接至源极（S）时为 132 kHz,连接至控制端（C）时为 66 kHz。

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源极（S）:将其连接至输出 MOSFET源极时可得到高压功率回馈。 极限电流设定端（X）:从外部设定芯片的极限电流。

线路检测端（L）:此端具有过压保护、欠压保护和远程通 /断控制功能。 控制端（C）:用于调节占空比的误差放大器与电流输入脚。

本次设计就是用TOPSwitch-GX系列中的TOP244Y来制作，图2-3是基于TOPSwitch-GX的反激式变换器框图[8]。

图2-3 基于TOPSwitch-GX的反激式变换器框图

3．反激式变换器的高频变压器设计

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