TOP232-234 (TOPSwitch-FX)

??TOPSwitch-FX是與TOPSwitch一樣的集成式開(kāi)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?jiǎn)?dòng)、逐周期流限、回露補(bǔ)償電路、自動(dòng)重啟動(dòng)、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(jì)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(jià)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(gè)用于實(shí)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(shí)，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(wú)需外加外圍元件：

????[1].集成完整的10ms軟啟動(dòng)，削減啟動(dòng)時(shí)的峰值電流和電壓并消除了大多數(shù)應(yīng)用中的輸出過(guò)沖。

????[2].DCmax可達(dá)78%，允許使用更小的輸入存儲(chǔ)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(shí)以跳過(guò)周期實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，能使空載功耗極低。

????[4].采用較高的130kHz開(kāi)關(guān)頻率，可減小變壓器器尺寸，而且對(duì)EMI和效率幾乎沒(méi)有影響。

????[5].頻率抖動(dòng)功能可降低EMI。

????[6].滯后過(guò)熱關(guān)斷功能確保它能從熱故障中自動(dòng)恢復(fù)，滯后時(shí)間較大，可防止電路板過(guò)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(duì)容差更小，溫度變化對(duì)開(kāi)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(diǎn)，在正常工作期間，用并聯(lián)穩(wěn)壓器來(lái)分離反饋信號(hào)和電源電流?？刂颇_的電壓Vc是控制電路（包括MOSFET門驅(qū)動(dòng)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(shí)門驅(qū)動(dòng)電流。連接到控制腳的全部電容也用于設(shè)定自動(dòng)重啟動(dòng)的定時(shí)，同時(shí)控制回路的補(bǔ)償。

????啟動(dòng)時(shí)，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(guò)連接在漏極和控制腳之間的內(nèi)部高壓開(kāi)關(guān)電流對(duì)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(shí)，控制電路被激活并開(kāi)始進(jìn)入軟啟動(dòng)狀態(tài)。約10ms后，軟啟動(dòng)電路使MOSFET的占空比從零逐漸上升到最大值。軟啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束時(shí)，如果沒(méi)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(kāi)始通過(guò)控制電路內(nèi)部的內(nèi)阻放電。如果電源設(shè)計(jì)正確，而且不存在開(kāi)路或輸出短路等故障時(shí)，在控制腳電壓放電到4.8V下限時(shí)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(duì)控制腳充電到5.8V并聯(lián)穩(wěn)壓器電壓時(shí)，超過(guò)芯片所消耗的電流通過(guò)電阻R_E分流到源極引腳，如圖2所示。流經(jīng)R_E的電流控制功率MOSFET的占空比，實(shí)現(xiàn)閉合環(huán)路調(diào)節(jié)，在初級(jí)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?？刂颇_的動(dòng)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(bǔ)償量。

????當(dāng)出現(xiàn)開(kāi)路或短路等故障而使外部電流無(wú)法注入控制腳時(shí)，控制腳上的電容開(kāi)始放電，達(dá)到4.8V時(shí)激活自動(dòng)重啟動(dòng)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(jī)模式，高壓電流源再次接通并對(duì)外接電容進(jìn)行充電。內(nèi)部的滯后電源欠壓比較器通過(guò)使高壓電流源通斷來(lái)保持Vc值處于典型的4.8V—5.8V窗口范圍。自動(dòng)再啟動(dòng)電路具有一個(gè)八分頻計(jì)數(shù)器，它能阻止輸出級(jí)MOSFET再次導(dǎo)通，僅在計(jì)滿（S7）時(shí)才會(huì)接通輸出MOSFET。通過(guò)把自動(dòng)再啟動(dòng)占空比減小到典型值的4%，計(jì)數(shù)器能有效地限制TOPSwitch-FX的功耗，自動(dòng)重啟動(dòng)作用連續(xù)工作直至輸出電壓通過(guò)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(dòng)重啟動(dòng)狀態(tài)。[4]電源關(guān)斷狀態(tài)。 ?????振蕩器 ????內(nèi)部的振蕩器對(duì)內(nèi)部的電容在兩個(gè)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(gè)周期的始點(diǎn)，置位脈沖寬度調(diào)制器和電流限制閉鎖器。 ????額定開(kāi)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(shí)可使開(kāi)關(guān)頻率減半為66kHz，這個(gè)特性在對(duì)噪聲敏感的視頻應(yīng)用或高效率的待機(jī)模式中非常有用。如果與源極引腳相接，則開(kāi)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(kāi)關(guān)頻率以250Hz速率（典型值）采用大約±4kHz抖動(dòng)（頻率調(diào)制），如圖6所示。圖28中的測(cè)量值顯示了增加頻率抖動(dòng)后對(duì)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(dòng)輸出級(jí)的MOSFET，其占空比與注入控制腳的電流成反比。參見(jiàn)圖4。該腳在RE兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓誤差信號(hào)（參見(jiàn)圖2）通過(guò)一個(gè)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(kāi)關(guān)電磁噪聲的影響，經(jīng)濾波器輸出的誤差信號(hào)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(shí)，戰(zhàn)績(jī)空比減小。由振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)置位一關(guān)寄存器，從而關(guān)斷MOSFET輸出級(jí)。 ????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(guò)適當(dāng)?shù)碾娮枧c直流高壓正線相連時(shí)，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(guò)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(diǎn)，在正常工作期間，用并聯(lián)穩(wěn)壓器來(lái)分離反饋信號(hào)和電源電流。控制腳的電壓Vc是控制電路（包括MOSFET門驅(qū)動(dòng)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(shí)門驅(qū)動(dòng)電流。連接到控制腳的全部電容也用于設(shè)定自動(dòng)重啟動(dòng)的定時(shí)，同時(shí)控制回路的補(bǔ)償。

????啟動(dòng)時(shí)，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(guò)連接在漏極和控制腳之間的內(nèi)部高壓開(kāi)關(guān)電流對(duì)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(shí)，控制電路被激活并開(kāi)始進(jìn)入軟啟動(dòng)狀態(tài)。約10ms后，軟啟動(dòng)電路使MOSFET的占空比從零逐漸上升到最大值。軟啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束時(shí)，如果沒(méi)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(kāi)始通過(guò)控制電路內(nèi)部的內(nèi)阻放電。如果電源設(shè)計(jì)正確，而且不存在開(kāi)路或輸出短路等故障時(shí)，在控制腳電壓放電到4.8V下限時(shí)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(duì)控制腳充電到5.8V并聯(lián)穩(wěn)壓器電壓時(shí)，超過(guò)芯片所消耗的電流通過(guò)電阻R_E分流到源極引腳，如圖2所示。流經(jīng)R_E的電流控制功率MOSFET的占空比，實(shí)現(xiàn)閉合環(huán)路調(diào)節(jié)，在初級(jí)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?？刂颇_的動(dòng)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(bǔ)償量。

????當(dāng)出現(xiàn)開(kāi)路或短路等故障而使外部電流無(wú)法注入控制腳時(shí)，控制腳上的電容開(kāi)是放電，達(dá)到4.8V時(shí)激活自動(dòng)重啟動(dòng)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(jī)模式，高壓電流源再次接通并對(duì)外接電容進(jìn)行充電。內(nèi)部的滯后電源欠壓比較器通過(guò)使高壓電流源通斷來(lái)保持Vc值處于典型的4.8V—5.8V窗口范圍。自動(dòng)再啟動(dòng)電路具有一個(gè)八分頻計(jì)數(shù)器，它能阻止輸出級(jí)MOSFET再次導(dǎo)通，僅在計(jì)滿（S7）時(shí)才會(huì)接通輸出MOSFET。通過(guò)把自動(dòng)再啟動(dòng)占空比減小到典型值的4%，計(jì)數(shù)器能有效地限制TOPSwitch-FX的功耗，自動(dòng)重啟動(dòng)作用連續(xù)工作直至輸出電壓通過(guò)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(dòng)重啟動(dòng)狀態(tài)。[4]電源關(guān)斷狀態(tài)。 ?????振蕩器 ????內(nèi)部的振蕩器對(duì)內(nèi)部的電容在兩個(gè)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(gè)周期的始點(diǎn)，置位脈沖寬度調(diào)制器和電流限制閉鎖器。 ????額定開(kāi)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(shí)可使開(kāi)關(guān)頻率減半為66kHz，這個(gè)特性在對(duì)噪聲敏感的視頻應(yīng)用或高效率的待機(jī)模式中非常有用。如果與源極引腳想接，則開(kāi)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(kāi)關(guān)頻率以250Hz速率（典型值）采用大約±4kHz抖動(dòng)（頻率調(diào)制），如圖6所示。圖28中的測(cè)量值顯示了增加頻率抖動(dòng)后對(duì)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(dòng)輸出級(jí)的MOSFET，其占空比與注入控制腳的電流成反比。參見(jiàn)圖4。該腳在RE兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓誤差信號(hào)（參見(jiàn)圖2）通過(guò)一個(gè)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(kāi)關(guān)電磁噪聲的影響，經(jīng)濾波器輸出的誤差信號(hào)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(shí)，戰(zhàn)績(jī)空比減小。由振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)置位一關(guān)寄存器，從而關(guān)斷MOSFET輸出級(jí)。 ????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(guò)適當(dāng)?shù)碾娮枧c直流高壓正線相連時(shí)，隨輸入電增加，最大占空比可以從78%降至38%（典型值）。