第八章控制電路8.1控制電路的功能和結(jié)構(gòu)8.2PWM集成控制器（芯片）8.3電壓模式控制8.4電流模式控制8.5本章小結(jié)前面介紹了功率轉(zhuǎn)換電路、逆變電路、推挽、全橋、半橋、單端正激反激以及輸出整流濾波電路、輸出濾波電路，工頻整流濾波電路和高頻變壓器，以上電路和器件統(tǒng)稱為主電路。一下介紹電源其余的電路，稱為控制電路，以PWM為例。第八章控制電路一、功能1.提供兩組等幅等寬互補(bǔ)脈沖，并且其脈沖寬度可調(diào)；2.通過適當(dāng)?shù)拈]環(huán)負(fù)反饋控制，建立電源輸出變化量與脈沖調(diào)整變化量的關(guān)系以實(shí)現(xiàn)電源的輸出特性；3.實(shí)現(xiàn)輸出電壓的軟啟動；4.負(fù)載發(fā)生過流或短路時應(yīng)能限制電源輸出電流或切斷電源輸出，實(shí)現(xiàn)對負(fù)載和電源的過流保護(hù)和電壓調(diào)整；5.當(dāng)電源輸出過電壓時，迅速切斷電源輸出，對負(fù)載提供保護(hù)；6.其他如隔離、遙控、程控和并聯(lián)均流等。8.1控制電路的功能和結(jié)構(gòu)第八章控制電路第八章控制電路二、結(jié)構(gòu)第八章控制電路二、控制電路的結(jié)構(gòu)1、驅(qū)動電路

控制電路與功率開關(guān)管的接口，提供一定的驅(qū)動功率。2、調(diào)節(jié)器電路

作用：將給定量和反饋量進(jìn)行比較和運(yùn)算，得到控制量。核心：運(yùn)算放大器3、并機(jī)均流電路

目的：獲得更大的容量和更高的可靠性。如UC3907二、控制電路的結(jié)構(gòu)4、保護(hù)電路

保證開關(guān)電源在正常和非正常使用情況下的可靠性。

包括：自保護(hù)功能和負(fù)載保護(hù)功能

自保護(hù)功能：輸入過電壓、輸入欠電壓、系統(tǒng)過熱、過電流等等負(fù)載保護(hù)功能：輸出過電壓、輸出欠電壓滯環(huán)比較器：故障消失后自動恢復(fù)過電流保護(hù)鎖存電路：復(fù)位電路輸出過電壓和欠電壓鎖存電路：停機(jī)報警，人工干預(yù)第八章控制電路第八章控制電路4、保護(hù)電路5、PWM控制電路第八章控制電路功能：將在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的控制量（模擬信號）轉(zhuǎn)換為PWM信號。分類：電壓模式和電流模式（峰值電流模式、平均電流模式和電荷模式）第八章控制電路PWM控制器：主要包括誤差放大器（EA）、振蕩器、PWM比較器、驅(qū)動、基準(zhǔn)源、保護(hù)電路等。第八章控制電路PWM控制器：1、基準(zhǔn)源2、振蕩器3、誤差放大器4、PWM比較器5、驅(qū)動電路6、欠電壓保護(hù)電路7、封鎖電路8、軟起動

為避免起動時輸入電流過大，輸出電壓過沖和變壓器飽和等問題，需設(shè)置軟起動電路，使脈寬觸發(fā)信號有一個從零逐漸增大的過程，以減小以上問題。9、干擾抑制

誤差放大器輸出信號可能發(fā)生尖峰和振蕩，從而和鋸齒波比較時會出現(xiàn)多個交點(diǎn)，使PWM比較器在一個鋸齒波周期輸出多個脈沖，為消除此影響，使PWM脈沖經(jīng)鎖饋器后再輸出。10、死區(qū)時間控制

由于晶體管的存儲時間和基極驅(qū)動脈沖太寬，推挽電路的上下兩管或橋式電路同一橋臂的兩管會產(chǎn)生同時導(dǎo)通，二造成電源瞬時短路，損壞功率管，故需控制死區(qū)時間以控制脈沖寬度，將振蕩器時鐘脈沖接反相器后分別介入輸出與門。第八章控制電路PWM信號產(chǎn)生電路主要由誤差放大器和PWM比較器構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)脈沖信號產(chǎn)生和脈寬調(diào)制，利用觸發(fā)器和兩個與門實(shí)現(xiàn)了PWM輸出信號的分組，獲得兩組等幅等寬互補(bǔ)脈沖。見下圖：第八章控制電路第八章控制電路8.2PWM集成控制器（芯片）一、SG1525/2525/3525第九章控制電路一、SG1525/2525/3525第八章控制電路第八章控制電路二、UC1842/2842/38421．管腳排列UC3842COMPUFBISENSERT/CTOUTPUTGndREFVcc12345678UC3842管腳圖COMP：誤差放大器輸出。UFB：反饋電壓輸入端。它與內(nèi)部2.5VDC基準(zhǔn)電源比較，產(chǎn)生誤差電壓來控制調(diào)節(jié)脈沖寬度。ISENSE：接電感電流傳感器。當(dāng)采樣電壓大于1VDC時，縮小脈沖寬度，使電源處于斷續(xù)工作狀態(tài)。RT/CT：定時阻容端。頻率f=1.8/(CTRT)。Gnd：地。OUTPUT：輸出端。Vcc：電源。10-13VDC，關(guān)閉電壓10VDC。REF：內(nèi)部基準(zhǔn)電源輸出，5VDC+/-0.1VDC，50mA。第八章控制電路2．主要特性用于20-50W的小功率開關(guān)電源，管腳少，電路簡單。1．單輸出級，可以驅(qū)動MOS、晶體管。2．PWM芯片。3．工作頻率500kHz。4．低啟動和工作電流，啟動電流小于1mA，工作電流15mA。5．大電流圖騰柱輸出，1A。6．帶欠壓封鎖保護(hù)。第八章控制電路二、UC1842/2842/38423．芯片原理第八章控制電路5V基準(zhǔn)內(nèi)部偏置SR電流取樣

比較器PWM鎖存誤差放大器振蕩器VrefTUccGNDCT/RTUFBCOMPISENSEOUTPUTUREFUVLO2RR2.5VDC二、UC1842/2842/3842UC3842電源控制芯片原理框圖3．芯片原理第八章控制電路內(nèi)部包括振蕩器、誤差放大器、電流比較器、PWM鎖存、5VDC基準(zhǔn)電源、輸出電路等。

5VDC基準(zhǔn)電源：內(nèi)部電源，經(jīng)衰減得到2.5VDC作為誤差比較器的比較基準(zhǔn)。該電源還可以提供外部5VDC/50mA。

振蕩器：產(chǎn)生方波振蕩。RT接在4、8（REF）腳之間，CT接4、5（GND）之間。頻率f=1.8/(CTRT)。最大500kHz。

誤差放大器：由UFB端輸入的反饋電壓和2.5VDC做比較，誤差電壓COMP用于調(diào)節(jié)脈沖寬度。COMP端引出接外部RC網(wǎng)絡(luò)，以改變增益和頻率特性。

輸出電路：圖騰柱輸出結(jié)構(gòu)，電路1A，驅(qū)動MOS管及雙極型晶體管。

電流取樣比較器：3腳ISENSE用于檢測開關(guān)管電流，可以用電阻或電流互感器采樣，當(dāng)VISENSE>1VDC時，關(guān)閉輸出脈沖，使開關(guān)管關(guān)斷。這實(shí)際上是一個過流保護(hù)電路。

欠壓鎖定電路UVLO：開通閾值16VDC，關(guān)閉閾值10VDC。具有滯回特性。

PWM鎖存電路：保證每一個控制脈沖作用不超過一個脈沖周期，即所謂逐脈沖控制。另外，UCC與GND之間的穩(wěn)壓管用于保護(hù)，防止器件損壞。第八章控制電路4．應(yīng)用電路第八章控制電路UC3842ViR6115VACR1R3C1R2C5C2C3C4CTC6C7C8C9C10C11C12C13C14R4R5R7RTR8R9R10R11VD1VD2VD3VD4VD5VD6L1L2L3+5VDCGnd+12VDCGnd-12VDCISENSEOUTGndVccVREFRT/CTUFBCOMP四．應(yīng)用電路UC3842控制的反激式開關(guān)電源電源的輸出電壓等級有三種：5VDC、+12VDC、-12VDC。該電路變換器同樣是一個降壓型硬開關(guān)電路。由單管驅(qū)動隔離變壓器主繞組，C2、R3可以提供變壓器原邊泄放通路。輸出經(jīng)整流、濾波送負(fù)載。Vcc電源由R2從原邊電壓Vi提供。Vcc同時也作為輔助反饋繞組的反饋電壓。電路振蕩器頻率由RT、CT決定。按規(guī)定，CT接RT/CT與地之間，RT接RT/CT與VREF之間。頻率f=1.8/(CTRT)。反饋比較電路信號是從輔助繞組經(jīng)過VD1、VD2、C3、C4等整流濾波后得到的Vcc分壓提取的。C6、R7構(gòu)成信號的有源濾波。開關(guān)管電流被R10取樣后，經(jīng)R9、C7濾波，送ISENSE端，當(dāng)超過閾值1VDC時，確認(rèn)過載，關(guān)斷電源輸出。芯片輸出部分由Vout驅(qū)動單MOSFET管，C8、VD3對開關(guān)管有電壓鉗位作用。UC3842ViR6115VACR1R3C1R2C5C2C3C4CTC6C7C8C9C10C11C12C13C14R4R5R7RTR8R9R10R11VD1VD2VD3VD4VD5VD6L1L2L3+5VDCGnd+12VDCGnd-12VDCISENSEOUTGndVccVREFRT/CTUFBCOMP第八章控制電路三、TL494芯片1、TL494芯片一個應(yīng)用極為廣泛的控制器件，在個人PC電源中，基本使用的都是這個芯片。它是由TI公司生產(chǎn)的。

(1)芯片管腳定義TL494是16腳芯片。TL49412345678161514131211109同相輸入反向輸入補(bǔ)償/PWM比較輸入死區(qū)時間控制CTRTGNDC1同相輸入反向輸入VREFE1輸出控制VccC2E2TL494管腳排列

1腳/同相輸入：誤差放大器1同相輸入端。2腳/反相輸入：誤差放大器1反相輸入端。3腳/補(bǔ)償/PWM比較輸入：接RC網(wǎng)絡(luò)，以提高穩(wěn)定性。4腳/死區(qū)時間控制：輸入0-4VDC電壓，控制占空比在0-45%之間變化。同時該因腳也可以作為軟啟動端，使脈寬在啟動時逐步上升到預(yù)定值。第八章控制電路TL49412345678161514131211109同相輸入反向輸入補(bǔ)償/PWM比較輸入死區(qū)時間控制CTRTGNDC1同相輸入反向輸入VREFE1輸出控制VccC2E2TL494管腳排列

5腳/CT：振蕩器外接定時電阻。6腳/RT：振蕩器外接定時電容。振蕩頻率：f=1/RTCT。7腳/GND：電源地。8腳/C1：輸出1集電極。9腳/E1：輸出1發(fā)射極。10腳/E2：輸出2發(fā)射極。11腳/C2：輸出2集電極12腳/Vcc：芯片電源正。7-40VDC。13腳/輸出控制：輸出方式控制，該腳接地時，兩個輸出同步，用于驅(qū)動單端電路。接高電平時，兩個輸出管交替導(dǎo)通，可以用于驅(qū)動橋式、推挽式電路的兩個開關(guān)管。14腳/VREF：5VDC電壓基準(zhǔn)輸出。15腳/反相輸入：誤差放大器2反相輸入端。16腳/同相輸入：誤差放大器2同相輸入端。第八章控制電路(2)基本特性具有兩個完整的脈寬調(diào)制控制電路，是PWM芯片。兩個誤差放大器。一個用于反饋控制，一個可以定義為過流保護(hù)等保護(hù)控制。

帶5VDC基準(zhǔn)電源。死區(qū)時間可以調(diào)節(jié)。

輸出級電流500mA。輸出控制可以用于推挽、半橋或單端控制。具備欠壓封鎖功能。第八章控制電路（3）結(jié)構(gòu)原理基準(zhǔn)穩(wěn)壓器10E2PWM比較器振蕩器≥14死區(qū)時間控制7GND5CT16同相輸入14VREF6RT12Vcc15反相輸入3補(bǔ)償/PWM比較輸入3.5VDCDQCKQ死區(qū)時間比較器≥1≥1&&UV封鎖4.9VDC0.7mA0.7V0.12VVT1VT211C29E18C113輸出控制1同相輸入2反相輸入TL494內(nèi)部原理框圖第八章控制電路芯片內(nèi)部電路包括振蕩器、兩個誤差比較器、5VDC基準(zhǔn)電源、死區(qū)時間比較器、欠壓封鎖電路、PWM比較器、輸出電路等。1．振蕩器：提供開關(guān)電源必須的振蕩控制信號，頻率由外部RT、CT決定。這兩個元件接在對應(yīng)端與地之間。取值范圍：RT：5-100k，CT：0.001-0.1uF。振蕩頻率：f=1/RTCT。形成的信號為鋸齒波。最大頻率可以達(dá)到500kHz。2．死區(qū)時間比較器：這一部分用于通過0-4VDC電壓來調(diào)整占空比。當(dāng)4腳預(yù)加電壓抬高時，與振蕩鋸齒波比較的結(jié)果，將使得D觸發(fā)器CK端保持高電平的時間加寬。該電平同時經(jīng)過反相，使輸出晶體管基極為低，鎖死輸出。4腳電位越高，死區(qū)時間越寬，占空比越小。由于預(yù)加了0.12VDC，所以，限制了死區(qū)時間最小不能小于4%，即單管工作時最大占空比96%，推挽輸出時最大占空比為48%。第八章控制電路3．PWM比較器及其調(diào)節(jié)過程：由兩個誤差放大器輸出及3腳（PWM比較輸入）控制。當(dāng)3端電壓加到3.5VDC時，基本可以使占空比達(dá)到0，作用和4腳類似。但此腳真正的作用是外接RC網(wǎng)絡(luò)，用做誤差放大器的相位補(bǔ)償。常規(guī)情況下，在誤差放大器輸出抬高時，增加死區(qū)時間，縮小占空比；反之，占空比增加。作用過程和4腳的死區(qū)控制相同，從而實(shí)現(xiàn)反饋的PWM調(diào)節(jié)。0.7VDC的電壓墊高了鋸齒波，使得PWM調(diào)節(jié)后的死區(qū)時間相對變窄。如果把3腳比做4腳，則PWM比較器的作用波形和圖4-9類似。然而，該比較器的占空比調(diào)節(jié)，要在死區(qū)時間比較器的限制范圍內(nèi)起作用。單管工作方式時，VCK直接控制輸出，輸出開關(guān)頻率與振蕩器相同。當(dāng)13腳電位為高時，封鎖被取消，觸發(fā)器的Q、Q非端分別控制兩個輸出管輪流導(dǎo)通，頻率是單管方式的一半。4．5VDC基準(zhǔn)電源：這個5VDC基準(zhǔn)電源用于提供芯片需要的偏置電流。如13腳接高電平時，及誤差放大器等可以使用它?；鶞?zhǔn)電源精度5%，電流能力10mA，溫度范圍0-70度。第八章控制電路5．誤差放大器：兩個誤差放大器用于電源電壓反饋和過流保護(hù)。這兩個放大器以或的關(guān)系，同時接到PWM比較器同相輸入端。反饋信號比較后的輸出，送PWM比較器，以和鋸齒波比較，進(jìn)行PWM調(diào)節(jié)。由于放大器是開環(huán)的，增益達(dá)到95dB。加之輸出點(diǎn)3被引出，使用時，設(shè)計者可以根據(jù)需要靈活使用。6．UC封鎖電路：用于欠壓封鎖，當(dāng)Vcc低于4.9VDC，或者內(nèi)部電源低于3.5VDC時，CK端被鉗位為高電平，從而使輸出封鎖，達(dá)到保護(hù)作用。7．輸出電路：輸出電路有兩個輸出晶體管，單管電流500mA。其工作狀態(tài)由13腳（輸出控制）來決定。當(dāng)13腳接低電平時，通過與門封鎖了D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)信號輸出，此時兩個晶體管狀態(tài)由PWM比較器及死區(qū)時間比較器直接控制，二者完全同步，用于控制單管開關(guān)電源。當(dāng)然，此時兩個輸出也允許并聯(lián)使用，以獲得較大的驅(qū)動電流。當(dāng)13腳接高電平時，D觸發(fā)器起作用，兩個晶體管輪流導(dǎo)通，用于驅(qū)動推挽或橋式變換器。第八章控制電路四、UC1846/2846/3846五、單片開關(guān)電源及其應(yīng)用TOPSwitch單片電源電路是美國動力（PI）公司的產(chǎn)品，在儀器儀表、筆記本電腦、移動電話、音像設(shè)備等系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。這個器件集成了功率開關(guān)管（MOSFET）、控制電路、振蕩器等于一體。它僅采用三端器件，以最簡單的接線方式，構(gòu)成電源系統(tǒng)。從而極大地簡化了150W以下電源系統(tǒng)的設(shè)計。（一）TOPSwitch-I、TOPSwitch-II系列單片電源1．TOPSwitch-I、TOPSwitch-II系列單片電源器件

單片開關(guān)電源具有單片集成化、最簡外圍電路、最佳性能指標(biāo)、能構(gòu)成無工頻變壓器開關(guān)電源等顯著優(yōu)點(diǎn)。美國動力公司在世界上率先研制成功的三端隔離式脈寬調(diào)制單片開關(guān)電源集成電路，被譽(yù)為“頂級開關(guān)電源”。

TOPSwitch-I系列是美國動力公司1994年推出的第一代產(chǎn)品。包括：TOP100-TOP104、TOP200-TOP204/TOP214、TOP209/TOP210。第八章控制電路第八章控制電路TOPSwitch-II則是在1997年推出的第二代產(chǎn)品。第二代產(chǎn)品在電路性能，特別是輸出功率上獲得大幅度的提高。這兩個系列的封裝是一致的，實(shí)際上它是一個三端器件。三個腳分別是D、S、C，即漏極、源極、控制極。封裝形式有TO-220的三端器件式和DIP-8、SMD-8的八腳雙列式兩種基本形式。八腳封裝的1-3、6-8通常并聯(lián)后作為S，所以也相當(dāng)于三端器件。源極S：連接內(nèi)部MOSFET的源極，同時也是TOP開關(guān)及開關(guān)電源初級電路的公共接地點(diǎn)及基準(zhǔn)點(diǎn)。

漏極D：是內(nèi)部MOSFET的漏極，也是內(nèi)部電流的檢測點(diǎn)。該點(diǎn)內(nèi)部有一電流源提供芯片偏置電流。

控制極C：誤差放大電路和反饋電流輸入端。其作用是：1）提供自動重啟電容連接點(diǎn)并決定重啟頻率。2）通過調(diào)節(jié)其輸入電流，可以調(diào)整占空比。3）為芯片提供正常工作的偏置電流。4）提供旁路和補(bǔ)償功能的電容連接點(diǎn)。（a）TO－220封裝（b）DIP－8封裝和SMD－8封裝

TOPSwitch的封裝第八章控制電路2．TOPSwitch-II產(chǎn)品的分類及特點(diǎn)（1）、產(chǎn)品分類TOPSwitch－Ⅱ與第一代產(chǎn)品相比，它不僅在性能上進(jìn)一步改進(jìn)，而且輸出功率得到顯著提高，現(xiàn)已成為國際上開發(fā)中、小功率開關(guān)電源及電源模塊的優(yōu)選集成電路，其產(chǎn)品分類見表1。

表1：TOPSwitch－Ⅱ的產(chǎn)品分類及最大輸出功率POM（單位：W）TO－220封裝（Y）DIP－8封裝（P）/SMD－8封裝（G）產(chǎn)品型號固定輸入（110/115/230V,AC,±15％）寬范圍輸入（85V～265V,AC）產(chǎn)品型號固定輸入（110/115/230V,AC,±15％）寬范圍輸入（85V～265V,AC）TOP221Y127TOP221P/221G96TOP222Y2515TOP222P/222G1510TOP223Y5030TOP223P/223G2515TOP224Y7545TOP224P/224G3020TOP225Y10060

TOP226Y12575

TOP227Y15090

第八章控制電路（2）、性能特點(diǎn)

將脈寬調(diào)制（PWM）控制系統(tǒng)的全部功能集成到三端芯片中。內(nèi)含脈寬調(diào)制器、功率開關(guān)場效應(yīng)管（MOSFET）、自動偏置電路、保護(hù)電路、高壓啟動電路和環(huán)路補(bǔ)償電路，通過高頻變壓器使輸出端與電網(wǎng)完全隔離，真正實(shí)現(xiàn)了無工頻變壓器、隔離式開關(guān)電源的單片集成化，使用安全可靠。

輸入交流電壓和頻率的范圍極寬。作固定電壓輸入時可選110V／115V／230V交流電，允許變化±15％；在寬電壓范圍輸入時，適配85V～265V交流電，但POM值要比前者降低40％。

典型頻率100KHz，允許值90-110KHz，占空比調(diào)節(jié)范圍：1.7-67%。

TOPSwitch－Ⅱ只有3個引出端，可以同三端線性集成穩(wěn)壓器相媲美，能以最簡方式構(gòu)成無工頻變壓器的反激式普通型或精密型開關(guān)電源。

外圍電路簡單，成本低廉。芯片本身功耗很低，溫度范圍0-70攝氏度，最高結(jié)溫135攝氏度。電源效率可達(dá)80％左右,比線性集成穩(wěn)壓電源提高了近一倍。第八章控制電路3．TOPSwitch-II的工作原理TOPSwitch－Ⅱ的內(nèi)部框圖如圖所示。主要包括10部分：第八章控制電路控制電壓源：由控制電壓UC向并聯(lián)調(diào)整器和門驅(qū)動級提供偏壓，而控制端電流IC則能調(diào)節(jié)占空比。帶隙基準(zhǔn)電壓源：給內(nèi)部提供各種基準(zhǔn)電壓。振蕩器：產(chǎn)生鋸齒波（SAW）、最大占空比信號（Dmax）和時鐘信號（CLOCK））。并聯(lián)調(diào)整器／誤差放大器脈寬調(diào)制器：通過改變控制端電流IC的大小，連續(xù)調(diào)節(jié)脈沖占空比，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制并能濾掉開關(guān)噪聲電壓。門驅(qū)動級和輸出級：內(nèi)含耐壓為700V的功率開關(guān)管MOSFET。過流保護(hù)電路：利用MOSFET的漏－源通態(tài)電阻RDS（ON）來檢測過電流，當(dāng)ID過大時令MOSFET關(guān)斷，起到過流保護(hù)作用。過熱保護(hù)及上電復(fù)位電路：當(dāng)芯片結(jié)溫Tj>135℃，關(guān)斷輸出級。關(guān)斷／自動重啟動電路：當(dāng)調(diào)節(jié)失控時，立即使芯片在低占空比下工作。倘若故障已排除，就自動重新啟動電源恢復(fù)正常工作。高壓電流源：提供偏流用。第八章控制電路TOPSwitch－Ⅱ的工作原理是利用反饋電流IC來調(diào)節(jié)占空比D，達(dá)到穩(wěn)壓目的。如：當(dāng)輸出電壓UO↑時，經(jīng)過光耦反饋電路使得IC↑→D↓→UO↓,最終使UO不變。第八章控制電路4．TOPSwitch-II單片電源的應(yīng)用下面這個圖，顯示了單片開關(guān)電源的典型應(yīng)用方法。15W-TOPSwitch-II單片電源的應(yīng)用第八章控制電路該電路交流輸入電壓范圍Ui=85V～265V,AC，輸入電網(wǎng)頻率f=47Hz～440Hz，電壓調(diào)整率SV=±0.5％,負(fù)載調(diào)整率SI=±1％，電源效率達(dá)80％，輸出紋波電壓的最大值為±50mV。該電源采用帶穩(wěn)壓管（VDZ2）的光耦反饋工作方式。電路中共使用兩片集成電路，IC1為TOP202Y型單片開關(guān)電源，IC2是日本產(chǎn)NEC2501－H型線性光耦合器。C6與L2構(gòu)成交流輸入端的電磁干擾（EMI）濾波器。C6能濾除由初級脈動電流產(chǎn)生的串模干擾，L2可抑制初級繞組中產(chǎn)生的共模干擾。C7和C8為安全電容，能濾除由初、次級繞組之間耦合電容所產(chǎn)生的共模干擾。寬范圍電壓輸入時，85V～265V交流電經(jīng)過整流器BR、C1整流濾波后，獲得直流輸入電壓Ui。由VDZ1和VD1構(gòu)成的漏極鉗位保護(hù)電路可將由高頻變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰電壓鉗位到安全值以下，并能減小振鈴電壓。VDZ1選用P6KE150型瞬態(tài)電壓抑制器（TVS），其鉗位電壓為150V，鉗位時間僅1ns，峰值功率是5W。VD1需采用UF4005型1A/600V的超快恢復(fù)二極管（FRD），其反向恢復(fù)時間trr=30ns。第十章控制電路次級電壓經(jīng)VD2，C2，L1，C3整流濾波后產(chǎn)生＋7.5V的輸出電壓。R2和VDZ2與輸出端并聯(lián)，構(gòu)成開關(guān)電源的假負(fù)載，可提高空載或輕載時的負(fù)載調(diào)整率。反饋繞組電壓經(jīng)過VD3整流、C4濾波后，得到反饋電壓，再經(jīng)過光敏三極管給TOP202Y提供一個偏置電壓。VD2選擇UGB8BT型超快恢復(fù)二極管，為降低功耗，還可選肖特基二極管。光耦合器IC2和穩(wěn)壓管VDZ2還構(gòu)成了TOP202Y的外部誤差放大器，能提高穩(wěn)壓性能。當(dāng)輸出電壓UO發(fā)生變化時，由于VDZ2具有穩(wěn)壓作用，就使光耦中LED的工作電流IF發(fā)生變化，進(jìn)而改變TOP202Y的控制端電流IC，再通過調(diào)節(jié)輸出占空比，使UO保持穩(wěn)定，這就是其穩(wěn)壓原理。R1為LED的限流電阻，并能決定控制環(huán)路的增益。C5是控制端旁路電容，除對環(huán)路進(jìn)行補(bǔ)償之外，還決定著自動重啟動頻率。高頻變壓器選用EE22型鐵氧體磁芯，初級電感量LP=620μH±10％，漏感量LP0≤11μH。第八章控制電路（二）TOPSwitch-FX系列單片電源1．芯片簡介PowerIntegrations（PI）公司在2000年3月發(fā)布了新的TOPSwitch-FX開關(guān)電源IC系列，它為設(shè)計高度集成的電源提供了更大的靈活性，采用的EcoSmart節(jié)能技術(shù)可以幫助工程師生產(chǎn)出符合環(huán)保要求的更加“綠色”的電子產(chǎn)品。器件輸出功率最高達(dá)75W，可廣泛應(yīng)用于手機(jī)充電器、PC待機(jī)電源、機(jī)頂盒、DVD和LCD顯示器等不同領(lǐng)域。

第八章控制電路2．引腳：TOPSwitch-FX在TOPSwitch-II三個引腳的基礎(chǔ)上增加了二個引腳，其中一個是多功能引腳（M），另一個是頻率引腳（F）。（1）多功能引腳(Multi-Function)：TOPSwitch-FX使多功能可以通過單一的可編程引腳(Multi-Function)來實(shí)現(xiàn)。這個引腳可以利用一個電阻同時設(shè)置欠壓、過壓以及前饋的保護(hù)功能。當(dāng)整流后的DC電壓值超過了設(shè)置的過壓閾值時，將強(qiáng)迫TOPSwitch-FX的功率MOSFET關(guān)斷，增加了對浪涌電壓的防護(hù)能力。欠壓檢測可以防止關(guān)閉電源時出現(xiàn)瞬變的電壓尖峰。執(zhí)行電壓前饋可以減少輸出電壓紋波。這個引腳還可以允許用幾種方式進(jìn)行TOPSwitch-FX的遠(yuǎn)程ON/OFF控制。此外，這個引腳還可以用來在外部編程設(shè)置精確的電流限值。（2）頻率引腳（FREQUENCY）：只在TO-220封裝下提供，它與控制腳（CONTROL）短接時，可使正常的開關(guān)頻率130kHz縮小到一半，即65kHz。這對于噪聲敏感的視頻應(yīng)用或高效率待機(jī)工作模式都是有利的。第八章控制電路3．器件的新功能TOPSwitch-FX還集成了一些新的功能，其中有：新增多功能引腳，保護(hù)功能加強(qiáng)。新增頻率引腳，有利于控制噪聲和提高待機(jī)效率。軟啟動（Soft-Start），可以降低啟動時元器件的峰值電流與電壓負(fù)荷。頻率抖動（FrequencyJitter），可降低電磁干擾。滯后過熱保護(hù)。采用多方面的EcoSmart節(jié)能技術(shù)，使能源得到更有效的利用，可實(shí)現(xiàn)環(huán)保設(shè)計。例如，遙控開/關(guān)、省略周期（CycleSkipping）和頻率減半等功能可以顯著地降低能耗，特別是在待機(jī)和空載的條件下。這種特性使得很多電子產(chǎn)品可以達(dá)到甚至超過如EnergyStar、BlueAngel、Energy2000之類的通用節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

第八章控制電路

以往芯片存在一些不足：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(shè)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(jìn)了電路功能，于2000年11月新推出了TOPSwitch家族的第四代芯片:TOPSwitch-GX系列。

TOPSwitch-GX系列增加了許多新功能，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(shè)計靈活性并擴(kuò)展了電源輸出功率。如其中的TOP250型芯片，最大輸出功率可達(dá)290W，該芯片極大地擴(kuò)展了開關(guān)電源芯片在大功率領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用范圍。（三）TOPSwitch-GX系列單片開關(guān)電源第八章控制電路TOPSwitch-GX系列新增的主要功能及其優(yōu)點(diǎn)如下：更寬的輸出功率范圍，最大可達(dá)290W?？蓽p少外圍器件的損耗。

在極低壓或過壓時能實(shí)現(xiàn)完全軟啟動，進(jìn)一步減小了器件在啟動時的電壓、電流應(yīng)力。外部可編程精確地設(shè)定限制電流，減小了變壓器鐵芯體積，提高了電源效率。

更大的占空比，能提供更大的輸出功率并減小了輸入電容。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(shè)計的靈活性。欠壓保護(hù)，不會造成誤關(guān)斷。

有過壓保護(hù)，可以限制浪涌電流。1．TOPSwitch-GX系列的功能特點(diǎn)第八章控制電路采用線電壓前饋,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）。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。空載、輕載時可降低工作頻率，使輸出電路無需加假負(fù)載，從而顯著地減少了能量損耗。高達(dá)132kHz的工作頻率，減小了變壓器和電源的體積。在視頻應(yīng)用時可選擇半頻（66kHz）運(yùn)行（只限于Y、R、F封裝），有利于控制噪聲。溫度范圍更寬的滯后熱關(guān)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系列新增的主要功能及其優(yōu)點(diǎn)如下：TOPSwitch-GX系列的這些優(yōu)點(diǎn)使其可廣泛地應(yīng)用于手提電腦、PDA、集線器、交換器、路由器、臺式電腦、小型服務(wù)器、機(jī)頂盒、數(shù)碼電視、打印機(jī)、DVD、UPS、電視游戲機(jī)、音頻放大器等裝置中。第八章控制電路（1）管腳排列

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。下圖為Y/R/F型封裝芯片引腳圖，Y、R、F型封裝的管腳功能如下。

M

S

S

CDSS123456786D5F4S3X2L1C2．器件管腳功能描述TOPSwitch-GX引腳圖第八章控制電路（2）管腳功能說明

器件的六個引腳說明如下：①

漏極管腳（D）：高壓功率MOSFET漏極輸出。通過此腳從高壓開關(guān)電流源輸入內(nèi)部啟動偏置電流。②

控制管腳（C）：用于調(diào)節(jié)占空比的誤差放大器電流輸入腳。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(bǔ)償電容的連接點(diǎn)。③

源極管腳（S）：內(nèi)部MOSFET的源極。將其連接至輸出MOSFET源極時可得到高壓功率回饋。④

電壓檢測管腳（L）：作為欠壓保護(hù)（UV）、過壓保護(hù)(OV)、減少Dmax的線性前饋及遠(yuǎn)程開/關(guān)等4項(xiàng)功能的控制腳。當(dāng)腳L與腳S短接時，各項(xiàng)功能均不起作用；當(dāng)L腳串聯(lián)電阻接至電源母線時，可實(shí)現(xiàn)UV、OV及隨母線電壓減少Dmax的3項(xiàng)功能；當(dāng)腳L通過電阻與腳C相連，并外接一級開關(guān)信號放大電路時可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制開/關(guān)的作用。⑤

外部限流管腳（X）：用于外部電流限制值設(shè)置的輸入腳。當(dāng)串聯(lián)電阻接至地線時為外部可編程精確設(shè)定限流值；當(dāng)串電阻接至電源母線時可隨母線電壓調(diào)節(jié)限流值。⑥

頻率管腳（F）：用于選擇開關(guān)頻率的輸入腳。在多數(shù)應(yīng)用場合下將腳F連接至源極管腳S，此時開關(guān)頻率為132kHz。在一些特殊應(yīng)用場合如對噪音敏感的音頻設(shè)備中，將腳F連接至控制管腳C時開關(guān)頻率降為66kHz以減小干擾。第八章控制電路下表是GX系列的器件類型及相關(guān)數(shù)據(jù)。輸出功率表產(chǎn)品固定輸入110/115/230VAC±15%寬范圍輸入85-265VAC密封式敞開式密封式敞開式TOP242P或G

TOP242R

TOP242Y或F9W

21W

10W15W

22W

22W6.5W

11W

7W10W

14W

14WTOP243P或G

TOP243R

TOP243Y或F13W

29W

20W25W

45W

45W9W

17W

15W15W

23W

30WTOP244P或G

TOP244R

TOP244Y或F16W

34W

30W28W

50W

65W11W

20W

20W20W

28W

45WTOP245P或G

TOP245R

TOP245Y或F19W

37W

40W30W

57W

85W13W

23W

26W22W

33W

60WTOP246P或G

TOP246R

TOP246Y或F21W

40W

60W34W

64W

125W15W

26W

40W26W

38W

90WTOP247R

TOP247Y或F45W

85W70W

165W28W

55W43W

125WTOP248R

TOP248Y或F43W

105W75W

205W30W

70W48W

155WTOP249R

TOP249Y或F44W

120W79W

250W31W

80W53W

180WTOP250R

TOP250Y或F45W

135W82W

290W32W

90W55W

210W第八章控制電路總體分類：按輸入：固定輸入為110/115/230VAC，寬輸入為：85-265VAC。按模塊外形：密封式和敞開式，后者功率相對更高。按封裝形式：有Y、P、G、R、F等5種封裝形式。其它更具體的模塊使用特性及應(yīng)用要領(lǐng)，需要時我們可以查閱相關(guān)手冊。由于許多新的特性和寬的選擇范圍，這個系列的器件目前是PI公司推廣的主流開關(guān)電源器件?？梢钥闯?，GX系列從6.5W到290W，有比較寬的功率選擇范圍。第八章控制電路4．內(nèi)部功能原理：下圖是器件的內(nèi)部原理框圖。高壓電流源過流比較器前沿閉鎖電路輕載頻率降低并聯(lián)調(diào)整器/誤差放大器過熱滯后保護(hù)8分頻門驅(qū)動板TOPSwitch-GX的內(nèi)部原理框圖第八章控制電路電路主要包含18部分：1．控制電壓源。2．帶隙基準(zhǔn)電壓源。3．頻率抖動振蕩器。4．并聯(lián)調(diào)整器/誤差放大器。5．脈寬調(diào)制器，含PWM比較器和觸發(fā)器。6．過流保護(hù)電路。7．門極驅(qū)動和輸出極。8．具有滯后特性的過熱保護(hù)電路。9．高壓電流源。10．軟啟動電路。11．關(guān)斷/自動重啟電路。12．欠壓比較器。13．電流極限比較器。14．線路比較器。15．線路檢測端和極限電流設(shè)定端的內(nèi)部電路。16．輕載時自動降低開關(guān)頻率的電路。17．停止邏輯。18．開啟電壓為1V的電壓比較器。第八章控制電路5．TOPSwitch-GX的典型應(yīng)用R9R10C4R11C1C11R8D3R4R5R6VR1D1U3U2C12下圖給出了GX模塊的典型應(yīng)用實(shí)例。TOPSwitch-GX應(yīng)用電路第八章控制電路

所示電路為單端反激式開關(guān)電源，利用了TOPSwitch—GX的某些特性來降低系統(tǒng)成本，減小電源尺寸，提高效率。此電路采用通用的85～265V交流輸入，輸出12V直流電壓，功率70W?？紤]到密封適配器的工作環(huán)境，選用熱損耗最小的TOP249Y。電阻R9和R10從外部將限流值設(shè)定為僅略高于低電壓工作時的滿載峰值電流，從而允許使用更小的變壓器磁芯，同時可以避免啟動和輸出負(fù)載瞬態(tài)的磁芯飽和。電阻R9和R10還能使限流值隨電壓升高而降低，從而限制高輸入電壓時的最大過載功率，并使次級無需任何保護(hù)電路。電阻R11實(shí)現(xiàn)欠壓和過壓檢測。當(dāng)R11=2MΩ時，電源在直流電壓達(dá)到100V之后才開始工作。在關(guān)斷交流輸入時，欠壓檢測防止C