TOP系列開關(guān)電源集成電路
外圍元件少，節(jié)約成本。
集成了軟啟動功能，使啟動過壓、過沖減至最小。
外部可精確設(shè)定限流。
占空比更寬，功率更大，輸入電容更小。
線欠壓（UV）保護(hù)，消除關(guān)斷故障。
線過壓（OV）保護(hù)，消除浪涌現(xiàn)象。
通過同一電阻設(shè)定OV/UV門限，降低DCmax。
采用頻率抖動降低EMI及EMI濾波費用。
無需虛擬負(fù)載即可調(diào)節(jié)至零負(fù)載。
頻率130kHz，變壓器及整機電源尺寸更小。
為視頻應(yīng)用提供頻率減半選項。
滯后熱關(guān)斷使器件可自動恢復(fù)工作。熱滯后值較大，防止電路板過熱。
省略部分引腳的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)封裝加強了高壓引腳的漏電距離。
可運用遠(yuǎn)程開關(guān)功能啟動或關(guān)斷。
可與較低頻率同步。
TOP232-234輸出功率列表
器件型號 230V±15%(AC) 85—265V(AC)
密閉式外殼 敞開式架構(gòu) 密閉式外殼 敞開式架構(gòu)
TOP232P 9W 15W 6.5W 10W
TOP232G
TOP232Y 10W 25W 7W 15W
TOP233P 13W 25 9W 15W
TOP233G
TOP233Y 20W 50 15W 30W
TOP234P 16W 30 11W 20W
TOP234G
TOP234Y 30W 75 20W 45W
功能說明
TOPSwitch_FX采用與TOPSwitch相同的拓?fù)潆娐罚⒁愿咝詢r比集成了新功能。這些功能不僅能降低系統(tǒng)成本，同時還能提高設(shè)計的靈活性、性能和效能，它不僅象TOPSwitch一樣在一片CMOS芯片中集成了高壓MOSFET、脈沖調(diào)寬（PWM）控制器、故障自動保護(hù)和所有其他控制電路，還增加了兩項。第一項是多功能引腳（M），通過線電壓實現(xiàn)可編程過壓/欠壓關(guān)斷設(shè)定和降低前饋/DCmax。此引腳還能代替外部精確流限的設(shè)定，能用于遠(yuǎn)程通/關(guān)或使振蕩器與外部的較低頻率的信號同步。另一項是頻率（F）引腳，僅Y型封裝具備。通常此引腳與源極相連時，能提供頻率減半選項。這兩條新的引腳提供的功能也可以通過將其與源極短路來取消，使器件以三端的TOPSwitch模式工作，但具備以下新的特性：軟啟動、跳過周期、開關(guān)頻率130kHz、頻率抖動、DCmax更寬、熱滯后關(guān)斷且漏電電壓更大。另外，頻率、流限、PWM增益等重要參數(shù)與TOPSwitch-II相比，溫度和絕對容差更小。高流限精度和大DCmax，加上其它特性，TOPSwitch-FX與同等的TOPSwitch-II相比，在相同輸入/輸出條件下功率高10%到15%。
引腳功能說明
漏極引腳(D)：高壓MOSFET漏極引腳輸出，通過內(nèi)部的開關(guān)式高壓電流源提供啟動偏置電流。該引腳還是內(nèi)部電流檢測點。
多功能引腳(M)：過壓（OV），欠壓（UV），降低DCmax的前饋、流限外部設(shè)定、遠(yuǎn)程通/斷和同步的輸入引腳。連接源極引腳則取消此腳所有功能，使TOPSwitch-FX以簡單的三端模式工作（類似于TOPSwitch-II）。
頻率引腳(F)（僅限Y型封裝）：選擇開關(guān)頻率的輸入引腳，如果連接源極引腳為130kHz，連接控制引腳為65kHz。P和G封裝只能以130kHz頻率工作。
控制引腳(C)：用于占空比控制的誤差放大器和反饋電流的輸入腳，與內(nèi)部并聯(lián)穩(wěn)壓器相連接，提供正常工作時的內(nèi)部偏置電流。亦用作電源旁路和自動重啟動/補償電容的連接點。
源極引腳(S)：與高壓功率回路連接的MOSFET源極引腳的輸出，初級控制電路的公共點和參考點。
TOPSwitch-FX是與TOPSwitch一樣的集成式開關(guān)電源芯片，能將控制輸入電流轉(zhuǎn)換為高壓功率MOSFET的源漏輸出的占空比，正常工作情況下，功率MOSFET的占空比隨控制引腳電流的增加而線性減小，圖4所示。
TOPSwitch-FX除了像三端TOPSwitch一樣，具備高壓啟動、逐周期流限、回露補償電路、自動重啟動、熱關(guān)斷等特性外，還綜合了許多能降低系統(tǒng)成本，提高電路性能和設(shè)計靈活性的附加功能，TOPSwitch-FX采用了專利高壓CMOS技術(shù)，能以最高性價比將搞壓功率MOSFET和所有控制電路集成到一片集成電路中。
TOPSwitch-FX增加了兩個用于實現(xiàn)某些新功能的端腳頻率（僅限于Y封裝）和多功能引腳。它們與源極引腳連接時，能使TOPSwitch-FX以TOPSwitch三端模式工作。即使在三端模式下工作，TOPSwitch-FX也能提供許多下述功能，而無需外加外圍元件：
[1].集成完整的10ms軟啟動，削減啟動時的峰值電流和電壓并消除了大多數(shù)應(yīng)用中的輸出過沖。
[2].DCmax可達(dá)78%，允許使用更小的輸入存儲電容，所需輸入電壓更低或提供的輸出功能更高。
[3].最小的脈寬時以跳過周期實現(xiàn)調(diào)節(jié)，能使空載功耗極低。
[4].采用較高的130kHz開關(guān)頻率，可減小變壓器器尺寸，而且對EMI和效率幾乎沒有影響。
[5].頻率抖動功能可降低EMI。
[6].滯后過熱關(guān)斷功能確保它能從熱故障中自動恢復(fù)，滯后時間較大，可防止電路板過熱。
[7].采用缺省部分引腳和引線的封裝，能提供更大的漏極漏電距離。
[8].絕對容差更小，溫度變化對開關(guān)頻率、流限和PWM增益的影響小。
控制引腳工作原理
控制引腳是接收電源和反饋組合電流的低阻抗節(jié)點，在正常工作期間，用并聯(lián)穩(wěn)壓器來分離反饋信號和電源電流。控制腳的電壓Vc是控制電路（包括MOSFET門驅(qū)動器）的電壓源，直接連接控制腳和源腳的外接旁路電容提供瞬時門驅(qū)動電流。連接到控制腳的全部電容也用于設(shè)定自動重啟動的定時，同時控制回路的補償。
啟動時，經(jīng)整流后的直流高電壓加在漏極的引腳上，功率MODFET最初是關(guān)斷的，通過連接在漏極和控制腳之間的內(nèi)部高壓開關(guān)電流對控制腳上的電容進(jìn)行充電。當(dāng)控制腳電壓Vc上升到較高的門限電壓5.8V時，控制電路被激活并開始進(jìn)入軟啟動狀態(tài)。約10ms后，軟啟動電路使MOSFET的占空比從零逐漸上升到最大值。軟啟動過程結(jié)束時，如果沒有外部反饋/電源電流流入控制引腳，則高壓電流源關(guān)斷，控制腳上的電容開始通過控制電路內(nèi)部的內(nèi)阻放電。如果電源設(shè)計正確，而且不存在開路或輸出短路等故障時，在控制腳電壓放電到4.8V下限時電壓值（內(nèi)部電源欠壓鎖定門限值）之前，反饋回路閉合，提供控制引腳外部電流。當(dāng)外部注入的電流對控制腳充電到5.8V并聯(lián)穩(wěn)壓器電壓時，超過芯片所消耗的電流通過電阻RE分流到源極引腳，如圖2所示。流經(jīng)RE的電流控制功率MOSFET的占空比，實現(xiàn)閉合環(huán)路調(diào)節(jié)，在初級反饋結(jié)構(gòu)，并聯(lián)穩(wěn)壓器較低的輸出阻抗Zc決定誤差放大器的增益。控制腳的動態(tài)阻抗Zc外接電阻電容數(shù)值共同決定了電源系統(tǒng)的控制回路的補償量。
當(dāng)出現(xiàn)開路或短路等故障而使外部電流無法注入控制腳時，控制腳上的電容開始放電，達(dá)到4.8V時激活自動重啟動電路而關(guān)斷功率MOSFET輸出，使控制電路進(jìn)入低電流的待機模式，高壓電流源再次接通并對外接電容進(jìn)行充電。內(nèi)部的滯后電源欠壓比較器通過使高壓電流源通斷來保持Vc值處于典型的4.8V—5.8V窗口范圍。自動再啟動電路具有一個八分頻計數(shù)器，它能阻止輸出級MOSFET再次導(dǎo)通，僅在計滿（S7）時才會接通輸出MOSFET。通過把自動再啟動占空比減小到典型值的4%，計數(shù)器能有效地限制TOPSwitch-FX的功耗，自動重啟動作用連續(xù)工作直至輸出電壓通過閉合反饋環(huán)路重新進(jìn)入受控狀態(tài)為止。
圖5 注釋：[1]為上電狀態(tài)。[2]為正常工作狀態(tài)。[3]自動重啟動狀態(tài)。[4]電源關(guān)斷狀態(tài)。
振蕩器
內(nèi)部的振蕩器對內(nèi)部的電容在兩個設(shè)定的電壓值之間進(jìn)行線性的充電和放電，以產(chǎn)生脈寬調(diào)制器死區(qū)的鋸齒波電壓，并送往脈沖寬度調(diào)制器，在每個周期的始點，置位脈沖寬度調(diào)制器和電流限制閉鎖器。
額定開關(guān)頻率選擇在132kHz，可使電源的效率最高，而低于150kHz電磁干擾頻率(EMI)亦使電源的電磁干擾最小。頻率引腳（僅限TO-220封裝）與控制腳短接時可使開關(guān)頻率減半為66kHz，這個特性在對噪聲敏感的視頻應(yīng)用或高效率的待機模式中非常有用。如果與源極引腳相接，則開關(guān)頻率為既定的132kHz。微調(diào)電流基準(zhǔn)可改進(jìn)振蕩頻率的精度。為使EMI電磁干擾電平更低，開關(guān)頻率以250Hz速率（典型值）采用大約±4kHz抖動（頻率調(diào)制），如圖6所示。圖28中的測量值顯示了增加頻率抖動后對EMI的改善效果。
脈沖寬度調(diào)制器
脈沖寬度調(diào)制器提供電壓型控制環(huán)，以驅(qū)動輸出級的MOSFET，其占空比與注入控制腳的電流成反比。參見圖4。該腳在RE兩端產(chǎn)生一個電壓誤差信號（參見圖2）通過一個典型截止頻率為7kHzRC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行濾波，以降低電源電流中有MOSFET開關(guān)電磁噪聲的影響，經(jīng)濾波器輸出的誤差信號與內(nèi)部振蕩器的鋸齒波相比較，產(chǎn)生一定占空比的波形。當(dāng)控制電流增大時，戰(zhàn)績空比減小。由振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號置位一關(guān)寄存器，從而關(guān)斷MOSFET輸出級。
最大占空比DCmax為固定的78%（典型值），如圖8所示。當(dāng)多功能引腳通過適當(dāng)?shù)碾娮枧c直流高壓正線相連時，隨輸入電增加，最大占空比可以從78%降至38%（典型值）。
最小占空比和跳過周期
控制引腳是接收電源和反饋組合電流的低阻抗節(jié)點，在正常工作期間，用并聯(lián)穩(wěn)壓器來分離反饋信號和電源電流。控制腳的電壓Vc是控制電路（包括MOSFET門驅(qū)動器）的電壓源，直接連接控制腳和源腳的外接旁路電容提供瞬時門驅(qū)動電流。連接到控制腳的全部電容也用于設(shè)定自動重啟動的定時，同時控制回路的補償。
啟動時，經(jīng)整流后的直流高電壓加在漏極的引腳上，功率MODFET最初是關(guān)斷的，通過連接在漏極和控制腳之間的內(nèi)部高壓開關(guān)電流對控制腳上的電容進(jìn)行充電。當(dāng)控制腳電壓Vc上升到較高的門限電壓5.8V時，控制電路被激活并開始進(jìn)入軟啟動狀態(tài)。約10ms后，軟啟動電路使MOSFET的占空比從零逐漸上升到最大值。軟啟動過程結(jié)束時，如果沒有外部反饋/電源電流流入控制引腳，則高壓電流源關(guān)斷，控制腳上的電容開始通過控制電路內(nèi)部的內(nèi)阻放電。如果電源設(shè)計正確，而且不存在開路或輸出短路等故障時，在控制腳電壓放電到4.8V下限時電壓值（內(nèi)部電源欠壓鎖定門限值）之前，反饋回路閉合，提供控制引腳外部電流。當(dāng)外部注入的電流對控制腳充電到5.8V并聯(lián)穩(wěn)壓器電壓時，超過芯片所消耗的電流通過電阻RE分流到源極引腳，如圖2所示。流經(jīng)RE的電流控制功率MOSFET的占空比，實現(xiàn)閉合環(huán)路調(diào)節(jié)，在初級反饋結(jié)構(gòu)，并聯(lián)穩(wěn)壓器較低的輸出阻抗Zc決定誤差放大器的增益。控制腳的動態(tài)阻抗Zc外接電阻電容數(shù)值共同決定了電源系統(tǒng)的控制回路的補償量。
當(dāng)出現(xiàn)開路或短路等故障而使外部電流無法注入控制腳時，控制腳上的電容開是放電，達(dá)到4.8V時激活自動重啟動電路而關(guān)斷功率MOSFET輸出，使控制電路進(jìn)而低電流的待機模式，高壓電流源再次接通并對外接電容進(jìn)行充電。內(nèi)部的滯后電源欠壓比較器通過使高壓電流源通斷來保持Vc值處于典型的4.8V—5.8V窗口范圍。自動再啟動電路具有一個八分頻計數(shù)器，它能阻止輸出級MOSFET再次導(dǎo)通，僅在計滿（S7）時才會接通輸出MOSFET。通過把自動再啟動占空比減小到典型值的4%，計數(shù)器能有效地限制TOPSwitch-FX的功耗，自動重啟動作用連續(xù)工作直至輸出電壓通過閉合反饋環(huán)路重新進(jìn)入受控狀態(tài)為止。
圖5 注釋：[1]為上電狀態(tài)。[2]為正常工作狀態(tài)。[3]自動重啟動狀態(tài)。[4]電源關(guān)斷狀態(tài)。
振蕩器
內(nèi)部的振蕩器對內(nèi)部的電容在兩個設(shè)定的電壓值之間進(jìn)行線性的充電和放電，以產(chǎn)生脈寬調(diào)制器死需的鋸齒波電壓，并送往脈沖寬度調(diào)制器，在每個周期的始點，置位脈沖寬度調(diào)制器和電流限制閉鎖器。
額定開關(guān)頻率選擇在132kHz，可使電源的效率最高，而低于150kHz電磁干擾頻率(EMI)亦使電源的電磁干擾最小。頻率引腳（僅限TO-220封裝）與控制腳短接時可使開關(guān)頻率減半為66kHz，這個特性在對噪聲敏感的視頻應(yīng)用或高效率的待機模式中非常有用。如果與源極引腳想接，則開關(guān)頻率為既定的132kHz。微調(diào)電流基準(zhǔn)可改進(jìn)振蕩頻率的精度。為使EMI電磁干擾電平更低，開關(guān)頻率以250Hz速率（典型值）采用大約±4kHz抖動（頻率調(diào)制），如圖6所示。圖28中的測量值顯示了增加頻率抖動后對EMI的改善效果。
脈沖寬度調(diào)制器
脈沖寬度調(diào)制器提供電壓型控制環(huán)，以驅(qū)動輸出級的MOSFET，其占空比與注入控制腳的電流成反比。參見圖4。該腳在RE兩端產(chǎn)生一個電壓誤差信號（參見圖2）通過一個典型截止頻率為7kHzRC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行濾波，以降低電源電流中有MOSFET開關(guān)電磁噪聲的影響，經(jīng)濾波器輸出的誤差信號與內(nèi)部振蕩器的鋸齒波想比較，產(chǎn)生一定占空比的波形。當(dāng)控制電流增大時，戰(zhàn)績空比減小。由振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號置位一關(guān)寄存器，從而關(guān)斷MOSFET輸出級。
最大占空比DCmax為固定的78%（典型值），如圖8所示。當(dāng)多功能引腳通過適當(dāng)?shù)碾娮枧c直流高壓正線相連時，隨輸入電增加，最大占空比可以從78%降至38%（典型值）。
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