TOPSwitch GX系列第四代单片开关电源的原理分析
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本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/171524.htm
采用Y封装的TOPSwitchGX系列产品，其内部框图如图2所示。电路主要由18部分组成：
（1）控制电压源；
（2）带隙基准电压源；
（3）频率抖动振荡器；
（4）并联调整器／误差放大器；
（5）脉宽调制器（含PWM比较器和触发器）；
（6）过流保护电路；
（7）门驱动级和输出级；
（8）具有滞后特性的过热保护电路；
（9）关断／自动重起动电路；
（10）高压电流源；
（11）软起动电路；
（12）欠压比较器；
（13）电流极限比较器；
（14）线路比较器；
（15）线路检测端和极限电流设定端的内部电路；
（16）轻载时自动降低开关频率的电路；
（17）停止逻辑；
（18）开启电压为1V的电压比较器。
它与TOPSwitchFX的主要区别为：新增加了第（16）、（17）、（18）项单元电路；给电流极限调节器也增加了软起动输出端；将频率抖动振荡器产生的开关频率提升到132kHz（全频模式）或66kHz（半频模式）；给频率抖动振荡器增加了一个“停止逻辑”（STOPLOGIC）电路，使之工作更为可靠。TOPSwitchGX的工作原理仍然是利用反馈电流IC来调节占空比D，达到稳压目的。举例说明，当输出电压VO降低时，经过光耦反馈电路使得IC减小，占空比则增大，输出电压随之升高,最终使VO维持不变。
TOPSwitchGX与TOPSwitchFX的性能比较，详见表2。下面重点阐述TOPSwitchGX新增功能电路的原理。
3.1轻载时自动降低开关频率的电路
对TOPSwitchGX而言，开关频率及占空比能随输出端负载的降低而自动减小。其减小量与控制端流入的电流成反比。当控制端电流逐渐增大时，占空比能线性地减少到10％，但是当负载很轻时，占空比可低于10％。与此同时，开关频率也减少到最小值，以提高开关电源在轻载下的效率。当开关频率的正常值（即典型值）为132kHz时，频率最小值为30kHz，在半频模式下开关频率正常值为132kHz／2=66kHz，此时频率最小值就降至15kHz。该特性能保证开关电源在轻载时，仍保持良好的调节功能，并且降低了电源的开关损耗。开关频率f和占空比D与控制端电流IC的关系如图3所示。
图3开关频率和占空比与控制端电流的关系曲线
(a)fIC关系曲线(b)DIC关系曲线
| 功能 | TOPSwitchFX | TOPSwitchGX | TOPSwitchGX |
|---|---|---|---|
| 轻载时的工作方式 | 跳过周期 | 降低开关频率及占空比 | ·提高轻载下的电源效率·降低空载损耗 |
| Y封装将线路检测、外部极限电流设定分成两个引脚：L，X | 线路检测及外部极限电流设定合并成一个引脚（M），用户只能从中选用一种功能 | 能同时实现过压和欠压保护、电压前馈、遥控和外部设定极限电流等多项功能 | ·外部设计更加灵活，允许同时运用各种功能 |
| 极限电流设定范围 | （40％～100％）ILIMIT | （30％～100％）ILIMIT | ·设定范围更宽，可设计在连续模式下，减小高频变压器的尺寸 |
| P封装的极限电流 | 与Y封装相同 | TOP243P和TOP244P降低了内部极限电流偏差的余量 | ·在低电压时，能减小输出端的交流纹波电压·在低功耗下允许工作在更加连续的模式 |
| Y封装的极限电流 | 100％ | 90％（与RSD（ON）相同） | ·减小变压器尺寸·对用户更加方便 |
| 热关断温度及滞后温度 | 125℃（滞后温度为70℃） | 130℃（滞后温度为75℃） | ·在高温应用时允许输出较大的功率 |
| 最大占空比时的开启电流 | 90μA | 60μA | ·在低电压时，降低输出电压频率的波动·降低Dmax，优化设计 |
| 电网电压过低时的负向关断阈值 | —— | 等于正向（开启）阈值的40％ | ·当电网电压降低时，能提供精确的关断阈值电压 |
| 软起动时间 | 10ms（仅控制占空比） | 10ms（能同时限制占空比和极限电流） | ·在软起动时逐渐增加极限电流和占空比，能进一步降低峰值电压和电流·在起动时可减轻元器件的负担 |
表2TOPSwitchGX与TOPSwitchFX的性能比较
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