单片开关电源的发展及其应用
单片开关电源集成电路具有高集成度?/p>
高性价比?/p>
最简外围电路?/p>
最佳性能?/p>
标、能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源等优点。它?/p>
90
年代中、后?/p>
相继问世后,便显示出强大的生命力,目前它成为国际上开发中、小功率开关电
源、精密开关电源及电源模块的优选集成电路。由它构成的开关电源,在成本上
与同等功率的线性稳压电源相当,
而电源效率显著提高,
体积和重量则大为减小?/p>
这就为新型开关电源的推广与普及,创造了良好条件?/p>
开关电源被誉为高效节能电源,它代表着稳压电源的发展方向,现已成为?/p>
压电源的主流产品。近
20
多年来,集成开关电源沿着下述两个方向不断发展。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?/p>
1997
年国外首先研
制成脉宽调制
?/p>
PWM
?/p>
控制器集成电路,
美国摩托罗拉公司?/p>
硅通用公司
?/p>
Silicon
General
?/p>
、尤尼特德公司(
Unitrode
)等相继推出一?/p>
PWM
芯片,典型产品有
MC3520
?/p>
SG3524
?/p>
UC3842
?/p>
90
年代以来,国外又研制出开关频率达
1MHz
的高
?/p>
PWM
?/p>
PFM
(脉冲频率调制)芯片,典型产品如
UC1825
?/p>
UC1864
。第二个方向
则是对中,小功率开关电源实现单片集成化。这大致分两个阶段:
80
年代初意?/p>
法半导体有限公司?/p>
SGS
?/p>
Thomson
)率先推?/p>
L4960
系列单片开关式稳压器。该
公司?/p>
90
年代又推出了
L4970A
系列。其特点是将脉宽调制器、功率输出级、保
护电路等集成在一个芯片中,使用时需配工频变压器与电网隔离,适于制作低压
输出?/p>
5.1
?/p>
40V
?/p>
、大中功率(
400W
以下?/p>
、大电流?/p>
1.5A
?/p>
10A
?/p>
、高效率(可?/p>
?/p>
90%
)的开关电源。但从本质上讲,它仍?/p>
DC/DC
电源变换器?/p>
1994
年,美国动力?/p>
Power
)公司在世界上首先研制成功三端隔离式脉宽?/p>
制型单片开关电源,被人们誉为“顶级开关电源?/p>
。其第一代产品为
TOPSwitch
?/p>
列,第二代产品则?/p>
1997
年问世的
TOPSwitch-II
系列。该公司?/p>
1998
年又推出
了高效、小功率、低价格的四端单片开关电?/p>
TinySwitch
系列。在这之后,
Motorola
公司?/p>
1999
年又推出
MC33370
系列五端单片开关电源,亦称高压功率
开关调节器?/p>
HighVoltage Power Switching Regulator
?/p>
。目前,单片开关电?/p>
已形成四大系列、近
70
种型号的产品?/p>
TOPSwitch-11
根据封装形式?/p>
TOPSwitch
?/p>
II
可划分成三种类型?/p>
TOP221Y~227Y
?/p>
TO-220
?/p>
装)
?/p>
TOP221P~224P
?/p>
DIP-8
封装?/p>
?/p>
TOP221G~224G
?/p>
SMD-8
封装?/p>
,产品分类详?/p>
表1
。其中以
TOP227Y
的输出功率为最大?/p>
2.1 TOPSwitch-11
(1)TOPSWitch-II
内部包括振荡器、误差放大器、脉宽调制器、门电路、高
压功率开关管?/p>
MOSFET
?/p>
、偏置电路、过流保护电路、过热保护及上电复位电路?/p>
关断/自动重启动电路。它通过高频变压器使输出端与电网完全隔离,使用安?/p>
可靠。它属于漏极开路输出的电流控制型开关电源。由于采?/p>
CMOS
电路,使器件
功耗显著降低?/p>
(2)
只有三个引出端:
控制?/p>
C
?/p>
源极
S
?/p>
漏极
D
?/p>
可同三端线性稳压器相媲美,
能以最简方式构成无工频变压器的反激式开关电源。为完成多种控制、偏置及?/p>
护功能,
C
?/p>
D
均属多功能引出端,实现了一脚多用。以控制端为例,它具有三
项功能:
①该端电?/p>
VC
为片内并联调整器和门驱动级提供偏压;
②该端电?/p>
IC
?/p>
调节占空比;③该端还作为电源支路与自动重启动/补偿电容的连接点,通过?/p>
接旁路电容来决定自动重启动的频率,并对控制回路进行补偿?/p>