四 TOPSwitch-GX的工作原理
采用Y封装和F封装的TOPSwitch-GX系列产品的功能最全，电路也最复杂，其内部框图如下所示。电路主要由18部分组成：1控制电压源，2.带隙基准电压源，3.频率抖动震荡器，4.并联调整器/误差放大器，5.脉宽调制器（含比较器和触发器），6.过电流保护电路，7.门驱动级和输出级，8.具有滞后特性的过热保护电路，9.关断/自动重启电路，10.高压电流源，11.软启动电路，12.欠电压比较器，13.电流极限比较器，14.线路比较器，15.线路检测端和极限电流设定端的内部电路，16.轻载时自动降低开关频率的电路，17.停止逻辑，18.开启电压为1V的电压比较器。它与TOPSwitch-FX的主要区别表现为新增加了第16.17.18项单元电路；给电流极限调节器也增加了软启动输出端；将频率抖动震荡器产生的开关频率提升到132kHz（全频模式）或66kHz（半频模式）；频率抖动震荡器增加了“停止逻辑”(STOP LOGIC)电路，使之工作更为可靠。TOPSwitch-GX的工作原理仍然是利用反馈电流Ic来调节占空比D，达到稳压目的。例如，当输出电压Uo降低时，经过光耦反馈电路使得Ic减小，占空比则增大，输出电压随之增高，最终使Uo文持不变。
图4-2 TOPSwitch-GX 的内部框图
五 高效率70W通用开关电源模块
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所示。当环境温度不超过40℃时，模块的外型尺寸可减小到10.5cm×5.5cm×2.5cm。由于体积小、重量轻、外围元件也少便于对电路进行改进。只需从新设计高频变压器，改变匝数比和增加少量元件，即可实现多路稳压输出，或恒流输出。
1.该模块的主要技术指标如下：
交流电压输入范围是：u=85～265V；
输入电网频率：fL=30Hz～300kHz;
输出电压(Io=3.6A):Uo=19(1±3%)；V
最大输出电流：Iom=4A；
连续输出功率：P=70W(Ta=40℃),或60W(Ta=50℃)；
电压调整率:( u=85～265V)；Sv=±1%；
负载调整率：(Io=0.36～3.6A):Si±4%;
电源效率： 当u=85V时，n=85%；u=230V时，n=90%;
输出纹波电压的最大值:≤120mV;
工作温度范围：Ta=0～50℃.
空载功率损耗：＜0.25W;
欠电压电流：Iuv=50uA;
过电压电流：Iov=225uA;
2.工作原理
该电源共使用三片集成电路：TOP249Y型6端单片开关电源(IC1)；线性光耦合器PC817A(IC2)；可调式并联精密稳压器TL431(IC3)。电阻R9和R10用来从外部设定功率开关电源的漏极限电流I`LIMIT，使之略高于满载或输入欠电压时的漏极峰值电流ID(PK),这就允许在电源启动过程中或输出负载不稳定但未出现饱和的情况下，采用较小的高频变压器。当输入直流过电压时。R9和R10还能自动降低最大占空比Dmax，对最大负载功率加以限制，R11为欠电压或过电压检测电阻，并能给线路提供电压前馈，以减小开关频率的波动。取R11=2M时，仅当直流输入U1电压达到100V时，电源才能启动。有公式Uuv=IuvR11;Uov=IovR11将R11=2M分别代入上式中得到Uuv=100V(DC),Uov=450V(DC)。过电压时最大占空比Dmax随流入X端的电流Ix的增大而减小，当Ix从90uA增加到190uA时，最大占空比Dmax就从78%（对应于Uuv=100V）线性的降低到47%（对应于375V）。在掉电后，欠电压检测能在C1放电事减小输出干扰，只要出现输出调节失效或者输入电压低于40V的情况，都会使TOPSwitch-GX关断。当开关电源受到450V以上的冲击电压时，R11同样可使TOP249关断，避免元器件受到损坏。
高频变压器采用FPQ26型耐高温的磁芯材料,磁通密度为0.3T.磁芯留间隙后的等效电感ALG=843nH∕匝².一次绕组夹在二次绕组之间,用两股0.40mm漆包线分两次并饶18匝以减小漏感.二次绕组中的每个线圈均用3股0.40mm的三重绝缘线并绕三匝.辅助绕组用8mm*0.015mm的铜箔绕2匝,这样可减小漏感.一次侧电感量Lp=273uH(允许有±10%的误差),最大漏感仅为3uH,高频变压器的谐振频率超过1.5MHz.
在实际安装时,应注意以下几点:
① C8.R3.C5.R9.R10和R11应尽量靠近TOP249Y.
② 功率地线与信号地线应分开布置,再用开尔文(Kelvin)单点连接法与源极引脚相连.
③ 尽量减小一.二次侧环路的面积,以便减小漏感及电磁干扰.
由VS和VD1所构成的漏极钳位电路，能吸收在MOSFET关断时由高频变压器一次绕组漏感产生的尖峰电压，保护MOSFET不受损坏。VS采用钳位电压为200V的P6KE200 型瞬态电压抑制器，VD1选用UF4006型超快恢复二极管，其反向耐压800V。将电容 C11和VS并联后，能减少钳位损耗。选择全频工作方式，开关频率设定为132kHz，为了减小二次绕组和输出整流管的损耗，现将二次绕组分成两路，每路单独使用一只MBR20100型20A/100V的共阴极肖特基对管(VD2.VD3)，然后并联工作。输出滤波电路由C2,C3,L1,C4和C14构成。空载时，TOP249Y能自动降低开关频率，使得在交流230V输入时电源损耗仅为520Mw，TOP249Y具有频率抖动特性，这对降低电磁干扰很有帮助。只要合理的选择安全电容C7和EMI滤波器(L2,L3,C6*)的元件值，就能使开关电源产生的电磁辐射符合CISPR22(FCCB)/EN55022B国际标准。将C7的一端接U1的正极，能把TOP249Y的共模干扰减到最小。需要指出，C7和C6*都称作安全电容，区别只是C7接在高压与地之间，能滤除一次、二次绕组耦合电容产生的共模干扰，在IEC950 国际标准中称之为“Y电容”。C6*则接在交流电源进线端，专门滤除电网线之间的串模干扰，被称作“ X电容”。
85～265V交流电压经EMI滤波.桥式整流后再通过C1滤波,获得直流高压,为改善滤波效果利用C13和L3组成串模干扰滤波器,交流电源的输入端串一只负温度系数的热敏电阻RT可限制上电时电流突然增大,避免滤波电容受到大电流的冲击.交流输入端的EMI滤波器由C61.C62.C64.共模扼流圈L2.C65.C66.C67.和R63组成.其中C64.C66.和C67均为安全电容(X电容)R63为泻放电阻.断电时可将电容上积累的电荷及时的泻放掉.
精密光耦反馈电路由IC2,IC3等组成。输出电压Uo通过电阻分压器R4～R6获得取样电压，与TL431中的2.50V基准电压进行比较后产生误差电压，经过光耦去改变TOP249Y的控制端电流Ic，使占空比发生变化，进而调节Uo保持不变。反馈绕组的输出电压经VD4,C15整流滤波后，给光耦中的接收管提供偏压。C5还与R3一起构成尖峰电压滤波器，使偏值电压在负载较重时能保持恒定。R7,C9,C10和R3,C5,C8均为控制环路的补偿器件。
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