基于Topswitch的單片開關電源效率解決方案

    集成開關電源一直在沿著兩個方向不斷發展:第一是對開關電源的核心單元——控制電路實現集成化。第二個方向則是對中、小功率開關電源實現單片集成化。

    單片開關電源集成電路具有高集成度、高性價比、最簡單的外圍電路、最佳的性能指標、能構成高效率無工頻變壓器的隔離式開關電源等優點。目前已成為國際上開發中、小功率開關電源、精密開關電源、特種開關電源及電源模塊的優選集成電路。目前，單片開關電源已形成了幾十個系列、數百種產品。然而開關效率始終是一個眾人關注的問題。本文就此問題提出了一點自己的看法。

    1 Topswitch芯片在開關電源中的應用

    70年代以來，電源產品掀起了一波高頻化、小型化、模塊化的浪潮。從而有力地促進了單片開關電源的發展。對于200W以下的開關電源，與其他電路相比，應用Topswitch系列器件的電路相對簡捷，體積小，重量輕，自保護功能齊全，設計方便。另外，TOPSwitch器件不必另設散熱器，也節省了成本。其內部的PWM控制器和MOSFET功率開關管是在管殼內連接的，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，減小了器件對電路板布局和輸入總線的瞬變要求。

    TOPSwitch-Ⅱ是TOPSwitch的改進型號，與第一代產品相比，該器件在性能上有了很大改進。它將單電壓輸入時的最大功率從100W提高到150W，電磁兼容性也得到了增強，而且具有更高的性能價格比，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、高壓開關電流源、限流和熱關斷電路集成于一體，并以其突破性的設計提供了一種高效率開關電源的設計方案，因而是具有偏置和自保護、電流線性占空比的變換器，該器件采用漏極開路輸出。

    第三代TOPSwitch-FX系列是一種五端單片開關電源集成電路，它采用了“跳過周期”等新技術。如果開關電源的負載非常輕，以至于開關電源在最小占空比(Dmin=1.5％)之下所提供的輸出功率仍然超過負載功耗時，TOPSwitch—FX就采用跳過周期的工作方式來進一步降低輸出功率，同時提高輕載時電壓的穩定性。此方式可等效為先將占空比固定在1.5％(或更低值)上，然后用脈沖頻率調制(PFM)方式調節輕載時的U0值。這樣，根據負載的變化情況，開關電源能在正常工作和跳過周期方式之間自動轉換，而無須其它控制。如不需要跳過周期，可在電源輸出端接上最小負載RLmin，并使D大于Dmin為1.5％的占空比。采用跳過周期模式不僅能獲得極低的輸出功率，而且還能減小噪聲電壓。

    TOPSwitch-GX為第四代產品。它采用與TOPSwitch相同的拓撲電路來將高壓功率MOS-FET、脈寬調制(PWM)控制器、故障自動保護和其它控制電路集成到單片CMOS芯片中，并將工作頻率提高到132 kHz，同時也拓展了TOP-Switch系列的功率范圍，將單電壓輸入時的最大功率提高到250 W。此外，它還集成了多項新功能，因此有效地降低了系統成本，提高了設計的靈活性、以及功能和效能。