基于TOPSwitch-Ⅱ的小功率开关电源设计

在众多的PI产品中，我最喜欢的是TOP Switch224设计的一款小功率开关电源设计

采用TOP Switch器件的开关电源与采用分立的MOSFET功率开关及PWM集成控制器的开关电源相比，具有以下特点：

1、成本低廉。使用TOP Switch器件，比用其他开关电源节省很多个元器件，从而使产品的大小和重量减少；TOP Switch因采用了源极调节板和可控的MOSFET通态驱动，故电磁干扰(EMI)和EMI滤波器的成本可明显降低；

2、系统效率高。TOP Switch系采用CMOS工艺制作，并在芯片中集成了尽可能多的功能，故与采用二极管或分立的功率开关电路相比，偏置电流显著降低；开关电源所需的功能集成于芯片中后，外部的电流传感电阻和初始起动偏压电流的电路均可除去，系统效率大大提高。特别是TOP Switch器件专门针对反激式功率变换电路进行了优化，使最大值占空比可达70%，TOP100～TOP104，TOP200～TOP204/TOP214的效率可达90%，TOP209/TOP210的效率也可超过80%；电源设计简化。

对于小功率的开关电源的设计，TOP Switch系列芯片以其电路简捷，体积小，重量轻，自保护功能齐全，设计方便等优点在该领域的应用上有很大的优势。

TOPSwitch-II系列芯片内部结构框图如图所示。主要由以下几部分组成：N沟道高压MOSFET管、栅极驱动器、电压模式的PWM控制器、误差放大器、100kHz振荡器、输入欠压保护、输出过流、过热保护电路及尖峰抑制电路等。

一般说来只要按照PI公司的典型电路来设计原理图并制作PCB板并选取合适的元器件，就能够实现电路的基本的功率变换作用。但是设计一台各种性能最优化的开关电源还需要注意以下事项：（1）根据不同的功率选择相应的TOPSwitch-Ⅱ芯片，并同时设计相应的变压器。尤其是变压器的励磁电感和磁芯的体积的选取要合适，否则可能输出的功率不能够满足要求。变压器绕制时对气隙的把握一定要合适，气隙太大或会导致励磁电感减小，同时可能会导致输出功率不足。（2）如下图中的D2和D1一定要用快恢复的二极管，否则会导致电路不能正常工作。（3）曲型应用电路中的C4在印制电路板的布局中和TOP芯片连接时布线一定要短、直，否则会导致电路不能正常运行。（4）为了减小电压输出的纹波和高频噪声，一般除了采用图示典型应用电路中的电感和电容滤波外，还采用在变压器输出脚上套一块小磁环，即可抑制高频噪声的产生。（5）要想设计效率较高的开关电源，可设计成在满负荷运行时使该电路工作在断续状态，但可能会导致所使用的芯片成本提高。如工作在连续状态时，采用TOP223就可能满足功率的要求，但为了提高效率，可能需要采用TOP224，同时变压器的磁芯体积要求加，因此设计时要综合考虑。