第四代TOPSwitch?GX系列單片開關電源
摘要:TOPSwitch?GX是美國PowerIntegrations公司在繼TOPSwitch?I、II、FX三個系列之后,開發(fā)的最新單片開關電源系列。該系列芯片通過改進布局,擴展了電源功率,增加了大量新功能,從而有效地提高了電源設計的靈活性及電源效率。介紹了新型TOPSwitch?GX系列中TOP242?250芯片的性能特點、工作原理。關鍵詞:TOPSwitch?GX;單片開關電源;軟啟動;高效率FourthGenerationTOPSwitch?GXSeriesICPowerSupply 1引言 開關電源由于在體積、重量、效率和可靠性等多方面的優(yōu)勢,目前在計算機、通信、家用電器、雷達、空間技術(shù)等眾多領域中已完全取代了傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源。美國PowerIntegrations公司在20世紀90年代推出的單片集成化開關電源TOPSwitch?I、II、FX系列產(chǎn)品,為新型、高效、低成本開關電源的推廣與普及創(chuàng)造了良好條件,被譽為“頂級開關電源”。但是這些IC電源仍存在一些不足:紋波電壓較大、空載和輕載損耗大、高溫工作時輸出功率受限、啟動時元件承受較大的尖峰電壓和電流以及設計不夠靈活等。針對這些不足之處,PowerIntegrations公司優(yōu)化了芯片的內(nèi)部布局,改進了電路功能,于2001年新推出了TOPSwitch家族的第四代芯片:TOPSwitch?GX系列。 TOPSwitch?GX系列不僅繼承了早期的TOPSwitch將高壓功率MOSFET管、PWM控制、故障自動保護及其它控制電路集成在一個CMOS芯片上的優(yōu)點,而且還增加了許多新功能,從而有效地降低了電源系統(tǒng)成本,提高了電源性能,改善了設計靈活性并擴展了電源輸出功率。其中的TOP250型芯片是世界上功率最高的單片電源IC,其最大輸出功率可達290W,該芯片極大地擴展了開關電源芯片在大功率領域內(nèi)的應用范圍。 2新增功能介紹 TOPSwitch?GX系列新增的主要功能及其優(yōu)點如下: 1)更寬的輸出功率范圍,最大可達290W; 2)可減少外圍器件的損耗; 3)在極低壓或過壓時能實現(xiàn)完全軟啟動,進一步減小了器件在啟動時的電壓、電流應力; 4)外部可編程精確地設定限制電流,減小了變壓器鐵芯體積,提高了電源效率; 5)更大的占空比,能提供更大的輸出功率并減小了輸入電容; 6)在Y、R、F型式封裝中將電壓檢測管腳與限流管腳分開封裝,提高了設計的靈活性; 7)欠壓保護,不會造成誤關斷; 8)有過壓保護,可以限制浪涌電流; 9)采用線電壓前饋,減小了低壓時的輸出電壓紋波,限制了高壓時的最大占空比(Dmax); 10)有±3%的頻率抖動,減小了電磁干擾(EMI),并降低了EMI濾波器的損耗; 11)空載、輕載時可降低工作頻率,使輸出電路無需加假負載,從而顯著地減少了能量損耗; 12)高達132kHz的工作頻率,減小了變壓器和電源的體積; 13)在視頻應用時可選擇半頻(66kHz)運行(只限于Y、R、F封裝); 14)溫度范圍更寬的滯后熱關斷,允許電源在高溫下輸出更大的功率,并有效地防止裝置過熱。 TOPSwitch?GX系列的這些優(yōu)點使其可廣泛地應用于手提電腦、PDA、集線器、交換器、路由器、臺式電腦、小型服務器、機頂盒、數(shù)碼電視、打印機、DVD播放器、UPS、電視游戲機、音頻放大器等裝置中。 3管腳功能描述 TOPSwitch?GX系列有TOP242—TOP250的9種不同容量型號,又分為Y、P、G、R、F等5種封裝形式。根據(jù)封裝形式不同,TOPSwitch?GX系列芯片新增的管腳數(shù)也不同。P、G型封裝與第三代芯片TOPSwitch?FX系列一樣只有D、S、C、M四個管腳,而Y、R、F型封裝則有六個管腳:D、S、C、F、X、L。圖1為Y/R/F型封裝芯片引腳及內(nèi)部功能方框圖。Y、R、F型封裝的管腳功能如下。 漏極管腳(D)高壓功率MOSFET漏極輸出。通過此腳從高壓開關電流源輸入內(nèi)部啟動偏置電流。 控制管腳(C)用于調(diào)節(jié)占空比的誤差放大器與電流輸入腳。在正常操作期間通過連接至內(nèi)部分流調(diào)節(jié)器來提供內(nèi)部偏置電流,也可以作為電源的旁路和自動重啟/補償電容的連接點。 源極管腳(S)將其連接至輸出MOSFET源極時可得到高壓功率回饋。 電壓檢測管腳(L)作為欠壓保護(UV)、過壓保護(OV)、減少Dmax的線性前饋及遠程開/關等4項功能的控制腳。當腳L與腳S短接時,各項功能均不起作用;當L腳串聯(lián)電阻接至電源母線時,可實現(xiàn)UV、OV及隨母線電壓減少Dmax的3項功能;當腳L通過電阻與腳C相連,并外接一級開關信號放大電路時可以實現(xiàn)遠程控制開/關的作用。 外部限流管腳(X)用于外部電流限制值設置的輸入腳。當串聯(lián)電阻接至地線時為外部可編程精確設定限流值,當串電阻接至電源母線時可隨母線電壓調(diào)節(jié)限流值。 頻率管腳(F)用于選擇開關頻率的輸入腳。在多數(shù)應用場合下將腳F連接至源極管腳S,此時開關頻率為132kHz。在一些特殊應用場合如對噪音敏感的音頻設備中,將腳F連接至控制管腳C時開關頻率降為66kHz以減小干擾。 4典型應用實例 4?130W通用高效電源 圖2是一個30W高效通用電源電路。該電路利用TOPSwitch?GX的某些特點降低了系統(tǒng)成本和減小了電源尺寸,并且改善了效率。實現(xiàn)了初、次級的完全隔離。電源性能指標為:輸出電壓為12V,輸出功率為30W,輸出紋波不大于50mVp?p,輸入電壓范圍為85~265V交流,環(huán)境溫度為50℃,滿載時可達到標稱效率80%。 電路原理:電流限制通過外部電阻R1和R2被設定。隨著線性電壓的升高,電阻R1和R2分壓提供給X端的信號降低了電流限制。電阻R4提供了線性檢測,設置UV為DC100V和OV為DC450V。R5,C5提供環(huán)路補償。次級電壓通過D8,C10,C11整流、濾波,L3,C12開關噪聲濾波后輸出直流電壓。使用60V的肖特基整流器(D8)來提供15V的輸出電壓,從而大大提高了電源的效率。輸出電壓由齊納二極管(VR2)、光耦(U2)內(nèi)部二極管和電阻R6決定。在非線性、加載和元件參數(shù)變化時,電阻R8提供給齊納二極管VR2偏置電流,調(diào)節(jié)12V直流輸出電壓穩(wěn)定在±5%內(nèi)。使用TOPSwitch?GX可消除在進行無負載調(diào)節(jié)時使用假負載,并可減少無負載和輕載下的電源損耗。 4?2微處理器(MPU)控制電源遠程開/關 低成本瞬間觸點開關在一些應用程序(如打印 圖230W高效通用電源電路圖 圖3運用MPU遠程控制電源的開/關電路圖 機)要求的微處理器控制下能用于開/關。TOPSwitch?GX芯片內(nèi)置的遠程開/關功能允許使用少量外部元件實現(xiàn)這一功能,具體電路如圖3所示。 電路原理:每當用戶閉合按鈕瞬間觸點開關P1時,光耦U3被激活,把信號傳送給微處理器的邏輯輸入端。首先,當電源斷開時(M端處于浮動狀態(tài)),P1關閉,通過一只二極管短接TOPSwitch?GX的M端和源極打開電源。當次級輸出電壓VCC建立時,微處理器被激活并且確認由光耦U3輸出信號驅(qū)動開關狀態(tài)輸入,開關P1關閉。然后微處理器通過光耦U4發(fā)送電源控制信號使電源處于接通狀態(tài)。如果用戶再次按下開關P1,發(fā)出關斷命令,微處理器通過光耦U3檢測它并且啟動產(chǎn)品專用的關程序。例如,在噴墨打印機中,關程序包括可以在存儲位置安全地停止打印頭。在有磁盤驅(qū)動器的產(chǎn)品中,關程序包括保存數(shù)據(jù)和調(diào)整磁盤。在關程序完成后,安全地關掉電源時,微處理器通過斷開光耦U4釋放M端。如果手動開關和光耦U3、U4不設置接到M端,當M端開路時,電容CM可以防止噪聲耦合到這個端。 電源也能通過局域網(wǎng)或由光耦U4輸入LED邏輯信號到并行或串行口遠程控制打開。有時通過一根電纜(如交流耦合電纜)替代直流邏輯電平發(fā)送一列邏輯脈沖作為提醒信號,是更容易的。因此,簡單的RC濾波器用來產(chǎn)生一個直流電平去驅(qū)動U4(在圖3中沒有顯示出來)。遠程打開特點能用來提醒外圍設備,例如打印機、掃描儀、外部的調(diào)制解調(diào)器、磁盤驅(qū)動器等。如果外圍設備在一個時段內(nèi)不保存功率,則通常被設計為自動關斷狀態(tài)。 5結(jié)語 綜上所述,除了使用少量外圍元件之外,TOPSwitch?GX在這類應用中還提供了許多技術(shù)優(yōu)勢:如在關斷模式下功率消耗極小,低成本、低沖擊電壓/電流,使用瞬間觸點開關,瞬間開關無需防反跳電路,設計靈活等。采用TOPSwitch?GX系列開關器件可以設計出各種高效率、多輸出端電源,廣泛應用于各種領域。 TOPSwitch?GX的一系列設計工具軟件及選型表可以從生產(chǎn)商PowerIntegrations公司網(wǎng)址:http://www/powerint.com下載,還可以從網(wǎng)上申請一套包括30W電源原型電路板、TOPSwitch-GX樣品和全套軟件的設計工具包。國內(nèi)總代理為香港科匯(亞太)有限公司盈豐分部。 參考文獻 [1]PowerIntegrations.DataSheetTOP242- 250. [2]沙占友.新型特種集成電源及應用[M]. 北京:人民郵電出版社,1998. [3]張占松.高頻開關穩(wěn)壓電源[M].廣州:廣 東科技出版社,1993. [4]李乃英.一種新型單片開關電源的設計 [J].電力電子技術(shù):1999(6). |
第四代TOPSwitch?GX系列單片開關電源
- 電源(244067)
相關推薦
單片機電源模塊的設計分析
特種單片開關電源有兩種設計方案:第一種是采用通用單片開關電源集成電路(例如TOPSwitch-Ⅱ、TOPSwitch-FX、 TOPSwitch-GX等系列),再配上電壓控制環(huán)、電流控制環(huán)等外圍電路設計而成
2011-09-30 10:32:17
6037


基于TopswitchⅡ型開關芯片的開關電源設計
本文介紹了開關電源的基本原理,以及TopswitchⅡ型開關芯片的結(jié)構(gòu),探討了基于該芯片小功率通用開關電源的設計過程中開關管的選型,主要元件參數(shù)的計算等問題。##主要元件參數(shù)計算。
2014-07-25 11:23:40
2929


利用TOPSwitch-GX單片機實現(xiàn)多路輸出開關電源的電路設計方案
TOPSwitch系列單片機開關電源是美國功率集成公司于上世紀90年代中期推出的新型高頻開關電源,它是三端離線式PWM開關的英文縮寫(Three Terminal Off Line PWM
2020-06-26 19:09:00
1677


8英寸!第四代半導體再突破,我國氧化鎵研究取得系列進展,產(chǎn)業(yè)化再進一步
水平。2022年12月,銘鎵半導體完成了4英寸氧化鎵晶圓襯底技術(shù)突破,成為國內(nèi)首個掌握第四代半導體氧化鎵材料4英寸(001)相單晶襯底生長技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化公司。2022年5月,浙大杭州科創(chuàng)中心首次采用新技術(shù)
2023-03-15 11:09:59
TOPSwitch-GX開關電源在牙科X光機中的應用
的結(jié)構(gòu)、繞制方法、散熱、效率等周密考慮。4 結(jié)束語TOPSwitch—GX系列單片開關電源集PWM/MOSFEI、于一體,具備了過壓、欠壓、過流、過熱保護、遠程控制等眾多優(yōu)點,并且有PI—Expert
2010-12-22 09:52:42
TOPSwitch單片開關電源的原理與應用資料分享
開關電源”。其第一代產(chǎn)品以1994年推出的TOP100/200系列為代表,第二代產(chǎn)品則是1997年問世的TOPSwitch-Ⅱ。上述產(chǎn)品一經(jīng)問世便顯示出強大的生命力,它極大地簡化了150W以下開關電源
2021-05-21 06:30:21
Topswitch芯片在開關電源中的應用
。TOPSwitch-GX為第四代產(chǎn)品。它采用與TOPSwitch相同的拓撲電路來將高壓功率MOS-FET、脈寬調(diào)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
2011-07-11 11:46:58
開關電源免費教程(第四期)MOS管DS波形異常的解決方法
本帖最后由 松山歸人 于 2021-3-26 14:55 編輯
大家下午好!該系列視頻為開關電源免費教程,特邀姜維老師為大家講解,本期為第四期內(nèi)容。持續(xù)關注,我們會繼續(xù)更新!大家有關于開關電源
2021-03-26 14:50:10
開關電源的四種典型電路設計分析
反激式功率變換電路結(jié)構(gòu)相對較簡單,輸出電壓不受輸入電壓的制約,同時也可提供多路電壓輸出TOPSwitchⅡ系列應用于單端反激式變換器,它的經(jīng)典用法如下圖:圖一圖二圖三圖四開關電源電路分析:1、將偏置
2016-04-28 15:19:47
評論