單片開(kāi)關(guān)電源的工作原理及效率研究(Topswitch系列芯片)
本文通過(guò)分析單片開(kāi)關(guān)電源的工作原理和影響其效率的主要因素，提出了提高單片開(kāi)關(guān)電源效率的主要方法，指出了正確確定初、次級(jí)電路元件，正確設(shè)計(jì)高頻變壓器并使其具有高質(zhì)量指標(biāo)是其關(guān)鍵因素。本文的分析及結(jié)論可用于指導(dǎo)高效單片開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)。
近20多年來(lái)，集成開(kāi)關(guān)電源一直在沿著兩個(gè)方向不斷發(fā)展。第一是對(duì)開(kāi)關(guān)電源的核心單元——控制電路實(shí)現(xiàn)集成化。第二個(gè)方向則是對(duì)中、小功率開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)單片集成化。單片開(kāi)關(guān)電源集成電路具有高集成度、高性價(jià)比、最簡(jiǎn)單的外圍電路、最佳的性能指標(biāo)、能構(gòu)成高效率無(wú)工頻變壓器的隔離式開(kāi)關(guān)電源等優(yōu)點(diǎn)。目前已成為國(guó)際上開(kāi)發(fā)中、小功率開(kāi)關(guān)電源、精密開(kāi)關(guān)電源、特種開(kāi)關(guān)電源及電源模塊的優(yōu)選集成電路。目前，單片開(kāi)關(guān)電源已形成了幾十個(gè)系列、數(shù)百種產(chǎn)品。然而開(kāi)關(guān)效率始終是一個(gè)眾人關(guān)注的問(wèn)題。本文就此問(wèn)題提出了一點(diǎn)自己的看法。 1Topswitch芯片在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用70年代以來(lái)，電源產(chǎn)品掀起了一波高頻化、小型化、模塊化的浪潮。從而有力地促進(jìn)了單片開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展。對(duì)于200W以下的開(kāi)關(guān)電源，與其他電路相比，應(yīng)用Topswitch系列器件的電路相對(duì)簡(jiǎn)捷，體積小，重量輕，自保護(hù)功能齊全，設(shè)計(jì)方便。另外，TOPSwitch器件不必另設(shè)散熱器，也節(jié)省了成本。其內(nèi)部的PWM控制器和MOSFET功率開(kāi)關(guān)管是在管殼內(nèi)連接的，連線極短，這就消除了高頻輻射，改善了電源的電磁兼容性能，減小了器件對(duì)電路板布局和輸入總線的瞬變要求。
TOPSwitch-Ⅱ是TOPSwitch的改進(jìn)型號(hào)，與第一代產(chǎn)品相比，該器件在性能上有了很大改進(jìn)。它將單電壓輸入時(shí)的最大功率從100W提高到150W，電磁兼容性也得到了增強(qiáng)，而且具有更高的性能價(jià)格比，并使電源的體積和重量大為減小。由于它是將700 V的功率MOSFET、晶振、高壓開(kāi)關(guān)電流源、限流和熱關(guān)斷電路集成于一體，并以其突破性的設(shè)計(jì)提供了一種高效率開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)方案，因而是具有偏置和自保護(hù)、電流線性占空比的變換器，該器件采用漏極開(kāi)路輸出。
第三代TOPSwitch-FX系列是一種五端單片開(kāi)關(guān)電源集成電路，它采用了“跳過(guò)周期”等新技術(shù)。如果開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載非常輕，以至于開(kāi)關(guān)電源在最小占空比(Dmin=1.5%)之下所提供的輸出功率仍然超過(guò)負(fù)載功耗時(shí)，TOPSwitch—FX就采用跳過(guò)周期的工作方式來(lái)進(jìn)一步降低輸出功率，同時(shí)提高輕載時(shí)電壓的穩(wěn)定性。此方式可等效為先將占空比固定在1.5%(或更低值)上，然后用脈沖頻率調(diào)制(PFM)方式調(diào)節(jié)輕載時(shí)的U0值。這樣，根據(jù)負(fù)載的變化情況，開(kāi)關(guān)電源能在正常工作和跳過(guò)周期方式之間自動(dòng)轉(zhuǎn)換，而無(wú)須其它控制。如不需要跳過(guò)周期，可在電源輸出端接上最小負(fù)載RLmin，并使D大于Dmin為1.5%的占空比。采用跳過(guò)周期模式不僅能獲得極低的輸出功率，而且還能減小
