電路結(jié)構(gòu)? - 基于TOP210的小功率開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

　　2.2電路結(jié)構(gòu)

　　TOP210變換器內(nèi)部功能框圖如圖2所示，它由帶隙參考、振蕩器、脈寬調(diào)制器、柵極驅(qū)動(dòng)器、誤差放大器、逐個(gè)周期電流限制、關(guān)閉與自動(dòng)重啟、過(guò)熱保護(hù)、高壓偏流源等9部分組成，各部分的功能如下：

　　帶隙參考：1個(gè)溫度補(bǔ)償?shù)膸秴⒖蓟鶞?zhǔn)提供內(nèi)部電壓，該基準(zhǔn)也產(chǎn)生1個(gè)溫度補(bǔ)償?shù)碾娏髟础？蓽?zhǔn)確地調(diào)整振蕩器的頻率和MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)電流。

　　振蕩器：內(nèi)部振蕩器對(duì)內(nèi)部電容器進(jìn)行線性充電和放電，它在兩個(gè)電壓電平（4.7V和5.7V）之間產(chǎn)生鋸齒波。一般頻率選擇100kHz，可使電磁干擾最小，并使效率最高。微調(diào)電流可改進(jìn)振蕩頻率精度。

　　脈寬調(diào)制器：脈寬調(diào)制器輸出脈沖的占空比與流入控制端的電流成反比，以此來(lái)驅(qū)動(dòng)MOSFET，實(shí)現(xiàn)電壓閉環(huán)控制。Re上的誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)角頻率為7kHz的RC網(wǎng)絡(luò)濾波，濾波后的誤差信號(hào)和內(nèi)部振蕩器的鋸齒波相比較，產(chǎn)生占空比波形。當(dāng)控制電流上升時(shí)，占空比下降。由振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)置位1個(gè)寄存器，使MOSFET關(guān)斷。

　　柵極驅(qū)動(dòng)器：柵極驅(qū)動(dòng)器在1個(gè)受控的速率時(shí)使MOSFET導(dǎo)通，從而使EMI最小，柵極電流可微調(diào)以改進(jìn)精度。

　　誤差放大器：在前級(jí)反饋應(yīng)用場(chǎng)合，分流調(diào)節(jié)器可完成誤差放大器的功能，通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)膸秴⒖蓟鶞?zhǔn),精確地獲得分流調(diào)節(jié)器的電壓。誤差放大器的增益由控制端的動(dòng)態(tài)阻抗設(shè)置，控制端將外部電路信號(hào)箝位到VC電壓值，超過(guò)電源電流的控制端電流由分流調(diào)節(jié)器加以分離，并流過(guò)Re作為誤差信號(hào)。

　　逐個(gè)周期的電流限制：將MOSFET導(dǎo)通輸出電阻作為逐個(gè)周期峰值電流的檢測(cè)電阻，因而，電流限制比較器把導(dǎo)通狀態(tài)的漏源電壓和門(mén)限電壓相比較，高的漏極電流使VDS（ON）大于此門(mén)限電壓，并且使MOSFET關(guān)斷，直到下1個(gè)時(shí)鐘周期開(kāi)始。電流限制比較器的門(mén)限電壓經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償后，可使峰值電流變化達(dá)到最小。在輸出級(jí)導(dǎo)通之后1個(gè)短的時(shí)間內(nèi)，前沿消隱電路將阻止電流限制比較工作，因?yàn)榍把叵[時(shí)間已被確定，故由初級(jí)電容器和次級(jí)整流器反向恢復(fù)時(shí)間引起的電流尖峰不會(huì)造成開(kāi)關(guān)脈沖過(guò)早地結(jié)束。

　　關(guān)閉與自動(dòng)重啟：為了減小TOP開(kāi)關(guān)的功耗，在失調(diào)情況存在時(shí)，關(guān)閉/重啟電路使電源以5％的占空比導(dǎo)通和截止，此時(shí)，喪失調(diào)節(jié)能力時(shí)，阻止外部電流流入控制端。當(dāng)錯(cuò)誤被排除后，恢復(fù)調(diào)節(jié)能力，電源重新正常工作。

　　過(guò)熱保護(hù)：溫度保護(hù)由1個(gè)精密的模擬電路提供，當(dāng)連接點(diǎn)的溫度超過(guò)熱關(guān)閉溫度時(shí)（典型值為135℃），該電路將使MOSFET關(guān)斷。。

高壓偏流源：該電流源從漏極端對(duì)TOP開(kāi)關(guān)提供偏壓，并且在開(kāi)啟或滯后工作時(shí)，對(duì)外部電容器CT充電。電流源以35％的占空比導(dǎo)通或關(guān)斷，占空比由控制端的充電電流IC和放電電流（ICD1＋I(xiàn)CD2）的比率決定，當(dāng)MOSFET開(kāi)通時(shí)，此電流源被關(guān)斷。

　　由圖2可見(jiàn)，TOP210變換器是1種具有自偏壓和保護(hù)功能的變換器，它用線性控制端電流來(lái)改變占空比，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。在正常工作時(shí)，內(nèi)部MOSFET占空比輸出隨著控制端電流的增加而線性的減小。

　　3、反激式小功率開(kāi)關(guān)電源

　　由TOP210組成的低功耗、小功率的反激式開(kāi)關(guān)電源原理電路如圖3所示。輸入直流Ui由85V～265V的交流經(jīng)過(guò)整流得到。D1、VR1用來(lái)箝位由于變壓器的漏感引起的尖峰電壓，并能衰減漏極振鈴電壓。次級(jí)線圈經(jīng)D2、C2、L1、C3整流和濾波來(lái)產(chǎn)生5V輸出電壓，輸出端的反饋電壓由VR2穩(wěn)壓值、光耦的正向壓降和R1上的壓降三者之和來(lái)決定。通過(guò)調(diào)節(jié)變壓器匝比，可獲得不同的輸出電壓。同時(shí)，R2和VR2為輸出提供一個(gè)假負(fù)載，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比達(dá)到穩(wěn)壓的假負(fù)載，用以提高輕載時(shí)的負(fù)載調(diào)整率。當(dāng)輸出端電壓升高時(shí)，由于穩(wěn)壓二極管VR2基本不變，光耦輸入電流增加，輸出三極管c?e間的等效電阻減小，二極管隨之導(dǎo)通，控制端電流增加，占空比減小，輸出電壓降低，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。偏壓線圈經(jīng)D3、C4整流和濾波，為T(mén)OP210提供偏壓。C5對(duì)內(nèi)部柵極驅(qū)動(dòng)充電電流尖峰進(jìn)行濾波，還決定自動(dòng)重啟頻率，并且與R1一起對(duì)控制環(huán)進(jìn)行補(bǔ)償。

　　4、結(jié)束語(yǔ)

　　以TOP210為核心設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源，其電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率可達(dá)0.2％，效率達(dá)85％。若同時(shí)選用光耦反饋與精密基準(zhǔn)電壓器件，并合理選擇磁芯與氣隙，精心設(shè)計(jì)與制作主功率變壓器繞組，可以十分方便地實(shí)現(xiàn)高精度穩(wěn)壓電源。
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