全数字化交流伺服控制系统的研究与设计

　　1、 引言

　　近20年来，集成开关电源沿着下述两个方向不断开展。第一个方向是对开关电源的核心单元——控制电路实现集成化。1977年国外首先研制成功脉宽调制(PWM)控制集成电路，如比较常用的UC3842，MC3520，SG3524，UC3979，UC3942等控制芯片。第二个方向则是对中、小功率开关电源实现单片集成化。1994年美国电源集成公司(Power Integrations Inc)首先研制成功三端隔离、脉宽调制型反激式单片开关电源，被人们誉为“顶级开关电源”，其第一代产品为TOPSwitch系列，第二代产品为TOPSwitch-Ⅱ系列。

　　单片开关电源属于AC-DC电源变换器，芯片的集成度很高，外围电路简单，通过输入整流滤波器，可构成世界通用的各种开关电源或电源模块。电源效率比线性电源有显著提高，体积和重量则大为减小。单片开关电源的迅速发展与应用，使人们多年追求的高性价比、无工频变压器式开关电源变成现实。

　　2、 TOPSwitch-Ⅱ芯片说明

　　TOPSwitch-Ⅱ系列器件包括TOP221-TOP227，是美国电源集成公司研制的三端隔离、脉宽调制型反激式单片开关电源，其封装形式如图1所示。TOPSwitch-Ⅱ提供TO-220，DIP-8和SMD-8三种封装方式。三个管脚分别为控制端C(Control)、源极S(Source)和漏极D(Drain)。TO-220封装形式可安装外部散热片。DIP-8内部的引线框，可使用6个管脚将热量直接从芯片传送到电路板上，从而节省了使用散热器的成本。

　　其控制端有四个作用：第一，用电流IC的大小来调节占空比D。当IC从6mA减到2mA时，D就由1.7%增至67%。比例系数即为脉宽调制增益。第二，它与内部并联调制器/误差放大器相连，能为芯片提供正常工作所需的偏流。第三，该端还作为电源支路和自动重启动/补偿电容的连接点，通过外接旁路电容来决定自动重启动的频率。第四，对控制回路进行补偿。控制电压VC的典型值为5.7V，极限电压VCM=9V，控制端最大允许电流ICM=100mA。

　　漏极D与片内功率开关管的漏极连通，漏-源击穿电压V(BR)DS≥700V。

　　TOPSwitch-Ⅱ的内部结构如图2所示。该内部电路一共包括10个部分。

　　(1) 控制电压源

　　控制电压VC能向并联调整器和门极驱动提供偏置电压，而控制端电压IC则能调节占空比。在C-S极间接47μF的旁路电容CT，即可为门极驱动供给电流，并且由它决定自动重启动频率，同时控制环路的补偿。VC有两种工作模式，一种是滞后调节，用于启动和过载两种情况，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。则启动电路是由高压电流提供控制电流IC，以便给控制电路供电并且对CT充电。正常启动波形如图3所示。图中VD表示漏极电压。当VC首次达到5.7V时高压电流源被关断，脉宽调制器和功率MOSFET就开始工作。此后，IC改由反馈电路提供。ZC与外部阻容元件共同决定控制环路的补偿特性。自动重启动电路中的比较器具有滞后特性，它通过控制高压电流源的通断使VC在4.7—5.7V范围内。