基于TOPSwitch的超寬輸入隔離式穩壓開關電源

摘要：介紹了單片開關電源芯片TOPSwitch的結構及工作原理，給出了超寬輸入隔離式穩壓開關電源的完整應用電路實例，并對設計和制作過程中的一些注意事項進行了說明。

關鍵詞：隔離；寬輸入；開關電源

0 引言

開關電源（Switching Power Supply）自問世以來，就以其穩定、高效、節能等優良性能而成為穩壓電源的主要產品。而高度集成化的單片開關電源，更是因其高性價比、簡單的外圍電路、小體積與重量和無工頻變壓器隔離方式等優勢而成為穩壓電源中的佼佼者。隨著各種不同的單片開關電源芯片及其電路拓撲的應用和推廣，單片開關電源越來越體現出巨大的實用價值和美好前景。但是，TOPSwitch通常允許的輸入電壓變化范圍為120～370V，本文嘗試用它制作更寬輸入電壓變化范圍（80～550V）的穩壓電源。實驗結果證明是很成功的。

1 芯片結構及穩壓原理

近十幾年來，美國電源集成公司（PI）、摩托羅拉公司（Motorola）、意－法半導體公司（SGS－Thomson）、美國Onsemi公司等相繼推出了TOPSwitch，MC，L4970，NCP1000等不同系列的單片開關電源產品。由于TOPSwitch系列產品性能穩定，價格實惠，故本文選擇該系列中的一種芯片為核心設計制作了一種輸入范圍極寬的穩壓電源。該電源輸入直流電壓范圍為80～550V，輸出直流電壓20V，輸出功率20W。

TOPSwitch不論是三腳封裝，還是DIP-8或SMB-8封裝，其實質都是三端器件，分別為控制端C(Control)、源極S(Source)、漏極D(Drain)。控制端的主要作用是，根據其電流Ic來自動調節占空比，當Ic變化時，占空比就在一定范圍內變化。源極S與芯片內部功率MOS管源極相連，并作為初級電路的公共地。漏極D與芯片內部功率MOS管的漏極相連。

TOPSwitch主要包括控制電壓源、高壓電流源、關斷/自動重啟動電路、并聯調整器/誤差放大器、帶隙基準電壓源、過熱保護及上電復位電路、過流保護電路、振蕩器、脈寬調制器、門驅動級和輸出級等10個部分。其內部結構框圖如圖1所示。

圖1 TOPSwitch內部結構框圖

TOPSwitch的額定開關頻率為100kHz，允許工作范圍90～110kHz。

TOPSwitch的穩壓原理是通過反饋電流（即控制端電流）Ic來自動調節占空比，從而實現穩壓。例如，當輸出電壓上升時，反饋電流隨之上升，占空比呈反向變化而下降，導致輸出電壓也隨之下降，從而保證輸出電壓的穩定。反之亦然。

2 電路圖及工作原理

由TOPSwitch構成的單片開關電源如圖2所示，是典型的單端反激式開關電源。

圖2 由TOPSwitch構成的20W穩壓開關電源