TOP-249、246系列单片开关电源的应用

465dd4 · 发表于 2011-3-11 08:49:14

TOPSwitchGX适合制作低成本、高效率、小尺寸、全密封式开关电源模块或电源适配器（adapter）。由TOP249Y构成的密封式70W（19V，3.6A）通用开关电源模块，电路如图1所示。当环境温度不超过40℃时，模块的外形尺寸可减小到10.5mm×5.5mm×2.5mm。设计的交流输入电压范围是85V～265V，这属于全世界通用的电压范围。该电源能同时实现输入欠压保护、过压保护、从外部设定极限电流、降低最大占空比等功能，其主要技术指标为：　　额定输出功率PO=70W；　　负载调整率SI=±4％；　　电源效率η≥84％（当交流输入电压U=85V时，满载效率可达85％；当U=230V时，电源效率高达90％）；　　空载功率损耗450V，则TOP249Y停止工作，直到电压恢复正常。这就有效地防止了元器件损坏。　　由于初级电流较大，须采取以下措施：第一，采用低泄漏电感的高频变压器并在初、次级之间增加屏蔽层，将漏感减至最小；第二，在钳位保护电路中的瞬态电压抑制器两端并联阻容元件R2、R3、C6，构成保护功能完善的VDZ1、VD1、R、C型钳位及吸收电路，以便吸收掉漏感上较大的磁场能量。这种设计的优点在于，正常工作时VDZ1的损耗非常小，泄漏磁场能量主要由R2和R3分担；VDZ1的关键作用是限制在起动（或过载）情况下的尖峰电压，确保内部MOSFET的漏极电压低于700V。　　次级绕组电压首先经过VD2、C9、C10和C11整流、滤波，再通过L2、C12滤除开关噪声之后，获得稳定的直流输出电压UO。为减小滤波电容的等效电感，现将C9、C10和C11作并联使用。稳压管VDZ2、VDZ3和VDZ4的稳压值分别为22V、12V、12V，串联后的总稳压值UZ=46V，稳定电流IZ≈10mA。设光耦中红外发光二极管LED的正向压降为UF，输出电压由下式确定：UO=UZ＋UF＋UR6≈46V＋1V＋10mA×100Ω=48V 　　R6是LED的限流电阻，它还决定控制环路的增益。二极管VD4和电容C14构成软起动电路。刚上电时，由于C14两端压降不能突变，致使VD6因负极接低电平而导通，此时稳压管不工作。随着C14被充电，其两端的压降不断升高，又使VD4变成截止状态，输出电压才建立起来。掉电后，C14上的电荷就经过R9泄放掉。C13和R8为高压控制回路的频率补偿元件。为了保证TOP249Y能在满载情况下正常输出，必须给TOP249Y加上面积足够大的散热器，使芯片即使在低压输入或最高环境温度下工作，芯片的最高结温也不超过110℃（仅对Y封装而言，其他封装均不得超过100℃）。若受安装条件限制，无法加装大散热器，则必须进行通风降温。 3、由TOP246Y构成的45W多路输出式开关电源由TOP246Y构成45W多路输出式开关电源的电路如图3所示。它可作为机顶盒、电报译码器、大容量硬盘驱动器或笔记本电脑的开关电源。该电源在输入电压为交流185V～265V时，额定输出功率为45W，峰值输出功率可达60W；电源效率η≥75％，空载时的功耗仅为0.6W。五路输出分别为：UO1（5V、3.2A）、UO2（3.3V、3A）、UO3（30V、0.03A）、UO4（18V、0.5A）、UO5（12V、0.6A）；它们的负载调整率依次为±5％、±5％、±8％、±7％、±7％。现将5V和3.3V作为主输出，并按一定的比例引入了反馈量，使这两路的稳压性能最佳。其余各路为辅输出。考虑到开关电源周围的环境温度较高，TOP246Y适合给温度不超过60℃的标准机顶盒（SettopBox）供电，以利于降低传导损耗，减小散热器尺寸。R2为极限电流设定电阻，取R2=9kΩ时，可将极限电流设定为典型值的80％，即=80％ILIMIT，从而限制了过载功率。R1是线路检测电阻，当整流滤波后的直流输入电压超过450V时，它通过检测浪涌电流和瞬态电流来进行过压保护，迫使TOP246Y关断，起到了保护作用。这对电网供电质量欠佳的地方尤为必要。　　由VDZ1、VD6、R5和C5构成的初级钳位电路，能使漏极电压在所有情况下均低于700V。R5和C5组成尖峰电压吸收电路，正常工作时可将瞬态电压抑制器VDZ1上的功率损耗降至最低，除非发生过载情况。TOP246Y具有频率抖动特性，能有效抑制噪声干扰，因此只需在输入端加简单的EMI滤波器（C1，L1，C6）并采取合理的接地措施，即可符合有关电磁兼容性的CISPR2213国际标准。刚上电时，利用热敏电阻（RT）可对C2的冲击电流加以限制，防止保险丝损坏。压敏电阻（RV）的作用是吸收从电网窜入的浪涌电压。　　为减小高频变压器的体积，次级绕组采用堆叠式绕法。辅输出绕组的电位参考点接VD10的负极而不是正极，目的是把高压输出的电压偏差降至最小。次级电压经过VD7～VD11、C7、C9、C11、C13、C16、C14和C17进行整流滤波。VD11为3.3V输出电路中的整流管，选用MBR1045型10A／45V的肖特基二极管，肖特基二极管适于作低压、大电流整流，利用其低压降之特性，可提高电源效率。VD10为5V输出的整流管，采用BYV32200型20A／200V的超快恢复二极管。3.3V和5V输出端的两只滤波电容需作并联使用，以减小输出端的纹波电流。后置滤波器由L2～L5、C8′、C10、C12、C15和C18构成。电阻R6可防止30V绕组端在轻载时的峰值充电电流。3.3V输出经R11和R10取样后，接IC3（TL431A）的基准端，通过光耦IC2（LTV817）去调节TOP246Y的输出占空比。R8为IC3提供偏置电流，R7用来设定整个反馈电路的直流增益。R9、C19、R3和C5均为反馈电路中的补偿元件。C20为软起动电容。4、使用注意事项（1）输入滤波电容（图1、图2中为C1，图3中为C2）的负极应直接连反馈绕组（称之为开尔文连接），以便将反馈绕组上的浪涌电流直接返回到输入滤波电容，提高抑制浪涌干扰的能力。（2）控制端附近的电容应尽可能靠近源极和控制端的引脚。S极与C、L（或M）、X极需各通过一条独立的支路相连，不得共享一条支路。禁止让MOSFET的开关电流通过连接CS极的支路。此外，S、L、X端的引线与外围相关元件的距离也要尽量短捷，并且远离漏极D的支路，以防止产生噪声耦合。（3）图1中的线路检测电阻R1应尽可能接近于L（或M）引脚。（4）控制端的旁路电容C5（47μF）与一只高频旁路电容C8（0.1μF）相并联，可以更好地抑制噪声。反馈电路的输出端，应尽可能靠近C、S极。

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