基于TOPSwitch的超宽输入隔离式稳压开关电源

　　0 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。

　　1 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、并联调整器/误差放大器、带隙基准电压源、过热保护及上电复位电路、过流保护电路、振荡器、脉宽调制器、门驱动级和输出级等10个部分。其内部结构框图如图1所示。

图1 TOPSwitch内部结构框图

　　TOPSwitch的额定开关频率为100kHz，允许工作范围90～110kHz。

　　TOPSwitch的稳压原理是通过反馈电流(即控制端电流)Ic来自动调节占空比，从而实现稳压。例如，当输出电压上升时，反馈电流随之上升，占空比呈反向变化而下降，导致输出电压也随之下降，从而保证输出电压的稳定。反之亦然。

　　2 电路图及工作原理

　　由TOPSwitch构成的单片开关电源如图2所示，是典型的单端反激式开关电源。

图2 由TOPSwitch构成的20W稳压开关电源

　　图2中T为三绕组高频变压器，工作频率为100kHz。3个绕组分别为：Np原边绕组(65匝);Ns副边绕组(即输出绕组，13匝);Nf反馈绕组(8匝);各绕组同名端在图2中已标出。变压器中能量传递过程为：当TOPSwitch中的功率MOSFET导通时，变压器原边绕组储存能量;当功率MOSFET关断时，原边绕组中储存的能量传递给副边绕组和反馈绕组，经高频整流滤波后即可提供直流输出电压和反馈电压。