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2023-08-28
TOP249Y六端单片开关电源的高效率自动调整
【摘要】：可见，开关允许流进电流的大小与R2的阻值紧密相关。如果转换系数为100%，极限电流为5.4A，最大占空比Dmax=0.43，这时TOP249达到极限输出功率，。空载时TOP249Y能自动降低频率，使电源损耗降至最低，同时还具有频率抖动特点，有利于抑制电磁干扰。图6-15 高效率自动调速的TOP249Y六端单片开关电源
TOP249Y与TOP246Y一样，具有高效率、高集成功能。交流输入电压范围是85～265V。该电源能对欠电压、过电压实施保护，从外部电路设定电流限制、调节占空比等。
TOP249Y属于TOPSwitch-GX系列，它将高压驱动MOSFET、PWM控制、故障保护、调制控制等多种电路集成到一块CMOS芯片上，为启动保护最低过调量和元器件的电压应力实施EcoSmart集成技术，这种技术为降低EMI的扰动采用频率抖动及较宽的占空比，实现了低容抗输入，零负载调整；电路具有高灵敏的热关断，以保证快速的自动启动，故障自动恢复。TOP249Y还为设计工程师留有可配置的引脚，用于电流限制，电路检测；对电路开关频率有136kHz和65kHz两种进行选择，为防止出现输入的浪涌电压进行过电压保护和自动调整，电路检测还设计有前置反馈和振荡波前沿补偿功能，以降低输出电压的纹波；芯片还结合EcoSmart技术实现远程开/关，轻载自动降频，以降低电源功耗。
图6-15所示电路使用了三种集成芯片：IC1是电路的核心，负责各种功能控制，IC2负责信号收集传递；IC3负责识别、判断采样信号。电阻R1、R2用来设置功率开关管的漏极极限电流和电压，R2与R1分压所采集电压是为片内的可编程精确设置限流值。当R2=12kΩ时，流进开关管的电流为额定值的69%；当R2=6kΩ时，则为额定值的90%；当R2=20.5kΩ时，则为额定值的51%。可见，开关允许流进电流的大小与R2的阻值紧密相关。输出高电压通过电阻R3与L脚相连实现远程控制开关的作用，具有远程控制功能，还可以作输入电压欠电压和过电压检测。TOP249Y的电平转换电流分别是50μA和225μA，这样它的欠电压保护和过电压保护电压分别是VUV=ICPR3=50×10-6×2×106 V=100V，VOV=IOPR3=225×10-6×2×106V=450V。
过电压时最大占空比Dmax随着流入X端的电流IX的增加而减小，当IX从90μA增大到196μA时，占空比就从0.78线性地降到0.47。当电源失电，IC1检测出欠电压或无电压，这时电容C2放电，以减少输出受到干扰；当电源输出调节失效或输入低于60V时IC1立即关闭，避免元器件受到损坏。
VS1、VD1、C4组成网络钳位吸收电路，吸收片内的开关MOS管在关断时由高频变压器一次绕组的漏感所产生的尖峰电压，保护片内的MOS管不受损坏。一台好的变压器，它的漏感很小，加上钳位电路的抑制，尖峰电压比反冲激励电压高不到150V时，可选用200V的瞬态电抑制器；当一次反冲电压不超过135V时，可采用RCD网络缓冲电路，否则开关MOS管在关断时，会造成瞬时过电压击穿。TOP249Y在极限电流为3A、5.4A的条件下，整机效率为0.9，这时的最大占空比分别为0.4、0.43，电源的输出功率
，K为PWM转换系数，设K=1.2，则
。
若占空比Dmax=0.4，Ilimit=5.4A条件下的输出功率Po=2×85×5.4×0.4×0.9/
。
如果转换系数为100%，极限电流为5.4A，最大占空比Dmax=0.43，这时TOP249达到极限输出功率，
。
输出滤波由C8、C9、L2、C10组成。空载时TOP249Y能自动降低频率，使电源损耗降至最低，同时还具有频率抖动特点，有利于抑制电磁干扰。输出电压Vo的计算：
式中，VREF为TL431的基准电源，VREF=2.5V。
电阻R10是IC2的发光二极管限流电阻，一般发光二极管的管压降为0.5V，工作电流为20～80mA，现取50mA，计算R10=（Vo-VDF-VREF）/IF=（20-0.5-2.5）/（50×10-3）Ω=340Ω。
R6、C13、R9、R8可改善误差放大器频率响应，C12可降低误差放大器增益，防止采样信号“失真”和抑制输出电压的纹波。设输出纹波频率frip=5kHz，放大器的增益G=45dB=0.012，则C13与R6的关系是G=1/（2πfripC13R6），则
C13=1/（2πfripR6G）=1/（2×3.14×28×103×5000×0.012）F=0.1μF
安全电容C7和L1、L3、C1等元件使开关电源产生的电磁辐射得到抑制。C1称为X电容。C4、VS1、VD1为尖峰电源滤波器。R4、C6有滤除控制端口上的峰值电压、决定自动重新启动频率、对控制回路进行补偿等三大功能。
图6-15 高效率自动调速的TOP249Y六端单片开关电源
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