【应用】带故障反馈的离线式开关如何实现高效多路输出开关电源？

时间： 2017-03-06 来源：世强作者：龙行天下

技术问答

【摘要】辅助电源的高效，与所选取的离线式开关IC是否带故障反馈，以及功率范围的大小，有着至关重要的联系。PI的带故障反馈的离线式开关IC—TOPSwitch-GX针对0到290W的反激式电源设计，具有欠压检测、过压关断、可在外部通过编程设定的限流等优点。由TOP246Y构成的60W多路输出式开关电源适合给温度不超过60℃的标准机顶盒供电，降低了传导损耗，减小了散热器尺寸。

为了迎合市场的需求，如今的辅助电源种类花样百出，输出功率从0到1kW不等，常见用于LCD显示器、LCD电视机主电源，或待机电源、适配器、机顶盒、音频放大器、视频游戏机、打印机等场合。放置于此类场合的辅助电源大多采用反激式电路拓扑，利用离线开关IC将AC交流电压转换为DC直流电压。比如将220V交流电压转化为5V、3.3V、12V等直流电压输出，在选用离线IC时，带不带故障反馈和能支持的功率范围等都对辅助电源的使用有一定影响。

Power Integrations（PI）作为国际知名的AC-DC方案供应商，针对0到290W的反激式电源，推出了一款带故障反馈的离线式开关IC—TOPSwitch-GX。该开关IC适合制作低成本、高效率、小尺寸、全密封式开关电源模块或电源适配器（adapter）。该IC典型反激式应用如下图1所示。图中通过TOPSwitch-GX控制芯片的作用可以将交流输入转化为各种DC-OUT输出。

图1：TOPSwitch-GX典型反激式应用

TOPSwitch-GX其典型特点如下：
• 扩展功率范围软启动
• 欠压检测
• 过压关断
• 可在外部通过编程设定的限流
• 更宽的占空比
• 频率抖动
• 在Y封装中采用独立的线电压检测和限流点引脚
• 线电压前馈
• 132/66KHz操作
• 迟滞热关断保护
• 远程开关
• 在Y封装中可选择半频工作
• 标准封装中的缺脚设计增大了爬电距离

TOPSwitch-GX 系列主要包括TOP242-250等，其型号和对应功率如表1所示。

表1： TOPSwitch-GX 系列对应型号和输出功率

注释1：

封装：F：TO-262-7C；G：SMD-8C；P：DIP-8C；Y：TO-220-7C；R：TO-263-7C。有关详细信息，请参见TOPSwitch-GX数据手册的“元件订购信息”部分。

注释2：

最小的连续输出功率是在典型的无风冷密闭适配器中、环境温度为+50°C的条件下测量得到的。

注释3

敞开式设计中测得的最小连续输出功率（有关详细信息，请参见TOPSwitch-GX数据手册的“主要应用指南”部分）。

这里为了方便大家对其产品外形有更直观的认识，提供TOP247YN的封装外形图，如下图2所示。

图2：TOP247YN封装外形

看完以上的介绍，相信大家对产品已经有了一定的了解，下面为大家简单介绍一下有由TOP246Y构成的60W多路输出式开关电源，电路图如下图3所示。它可作为机顶盒、电报译码器、大容量硬盘驱动器或笔记本电脑的开关电源。该电源在输入电压为交流185V～265V时，额定输出功率为45W，峰值输出功率可达60W；电源效率η≥75％，空载时的功耗仅为0.6W。五路输出分别为：uo1（5V、3.2A）、uo2（3.3V、3A）、uo3（30V、0.03A）、uo4（18V、0.5A）、uo5（12V、0.6A）,负载调整率依次为±5％、±5％、±8％、±7％、±7％。现将5V和3.3V作为主输出，并按一定的比例引入了反馈量，使这两路的稳压性能最佳。其余各路为辅输出。

考虑到开关电源周围的环境温度较高，TOP246Y适合给温度不超过60℃的标准机顶盒供电，以利于降低传导损耗，减小散热器尺寸。R2为极限电流设定电阻，取R2=9kω时，可将极限电流设定为典型值的80％，即=80％ilimit，从而限制了过载功率。R1是线路检测电阻，当整流滤波后的直流输入电压超过450V时，它通过检测浪涌电流和瞬态电流来进行过压保护，迫使TOP246Y关断，起到了保护作用，简直是电网供电质量欠佳的地方的福音。

由vdz1、vd6、R5和c5构成的初级钳位电路，能使漏极电压在所有情况下均低于700v。R5和c5组成尖峰电压吸收电路，正常工作时可将瞬态电压抑制器vdz1上的功率损耗降至最低，除非发生过载情况。TOP246Y具有频率抖动特性，能有效抑制噪声干扰，因此只需在输入端加简单的EMI滤波器（c1，l1，c6）并采取合理的接地措施，即可符合有关电磁兼容性的cispr2213国际标准。刚上电时，利用热敏电阻（RT）可对c2的冲击电流加以限制，防止保险丝损坏。压敏电阻（RV）的作用则是吸收从电网窜入的浪涌电压。

为减小高频变压器的体积，次级绕组采用堆叠式绕法。辅输出绕组的电位参考点接vd10的负极而不是正极，目的是把高压输出的电压偏差降至最小。次级电压经过vd7～vd11、c7、c9、c11、c13、c16、c14和c17进行整流滤波。vd11为3.3V输出电路中的整流管，选用mbr1045型10A/45V的肖特基二极管，肖特基二极管适于作低压、大电流整流，利用其低压降之特性，可提高电源效率。vd10为5V输出的整流管，采用byv32 200型20A/200V的超快恢复二极管。3.3V和5V输出端的两只滤波电容需作并联使用，以减小输出端的纹波电流。后置滤波器由l2～l5、c8′、c10、c12、c15和c18构成。电阻r6可防止30v绕组端在轻载时的峰值充电电流。3.3V输出经r11和r10取样后，接ic3（tl431a）的基准端，通过光耦ic2（ltv817）去调节TOP246Y的输出占空比。r8为ic3提供偏置电流，r7用来设定整个反馈电路的直流增益。r9、c19、r3和c5均为反馈电路中的补偿元件。c20为软起动电容。

图3：基于TOP246Y的60W多路输出式开关电源

具体产品索取和相关方案设计请与世强联系。

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海锋 Lv9. 科学家 2018-09-17

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