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单片开关电源的快速设计方案(一)信息工程(3)

2013-05-23 01:29 sp; （1）控制电压源
      控制电压Uc能向并联调整器和门驱动极提供偏置电压，而控制端电流Ic则能调节占空比。控制端的总电容用Ct表示，由它决定自动重起动的定时，同时控制环路的补偿，Uc有两种工作模式，一种是滞后调节，用于起动和过载两种情况，具有延迟控制作用；另一种是并联调节，用于分离误差信号与控制电路的高压电流源。刚起动电路时由D-C极之间的高压电流源提供控制端电流Ic，以便给控制电路供电并对Ct充电。
     （2）带隙基准电压源
 

 带隙基准电压源除向内部提供各种基准电压之外，还产生一个具有温度补偿并可调整的电流源，以保证精确设定振荡器频率和门极驱动电流。

图4-1TOP开关内部工作原理图
 （3）振荡器
  内部振荡电容是在设定的上、下阈值UH、UL之间周期性地线性充放电，以产生脉宽调制器所需要的锯齿波（SAW），与此同时还产生最大占空比信号(Dmax)和时钟信号(CLOCK)。为减小电磁干扰，提高电源效率，振荡频率（即开关频率）设计为100kHz，脉冲波形的占空比设定为D。
 （4）放大器
  误差放大器的增益由控制端的动态阻抗Zc来设定。Zc的变化范围是10Ω～20Ω，典型值为15Ω。误差放大器将反馈电压UF与5.7V基准电压进行比较后，输出误差电流Ir，在RE上形成误差电压UR。
 （5）脉宽调制器（PWM）
 脉宽调制器是一个电压反馈式控制电路，它具有两层含义。第一、改变控制端电流Ic的大小，即可调节占空比D，实现脉宽调制。第二、误差电压UR经由RA、CA组成截止频率为7kHz的低通滤波器，滤掉开关噪声电压之后，加至PWM比较器的同相输入端，再与锯齿波电压UJ进行比较，产生脉宽调制信号UB。

 
 
 
 （6）门驱动级和输出级
      门驱动级（F）用于驱动功率开关管(MOSFET)，使之按一定速率导通，从而将共模电磁干扰减至最小。漏苍吹纪ǖ缱栌氩品型号和芯片结温有关。MOSFET管的漏苍椿鞔┑缪筓(bo)ds≥700V。
     （7）过流保护电路
      过流比较器的反相输入端接阈值电压ULIMIT，同相输入端接MOSFET管的漏极。此外，芯片还具有初始输入电流限制功能。刚通电时可将整流后的直流限制在0.6A或0.75A。
     （8）过热保护电路
      当芯片结温TJ>135℃时，过热保护电路就输出高电平，将触发器Ⅱ置位，Q=1，，关断输出级。此时进入滞后调节模式，Uc端波形也变成幅度为4.7V～5.7V的锯齿波。若要重新起动电路，需断电后再接通电源开关；或者将控制端电压降至3.3V以下，达到Uc(reset)值，再利用上电复位电路将触发器Ⅱ置零，使MOSFET恢复正常工作。
     （9）关断/自起动电路
      一旦调节失控，关断/自动重起动电路立即使芯片在5％占空比下工作，同时切断从外部流入C端的电流，Uc再次进入滞后调节模式。倘若故障己排除，Uc又回到并联调节模式，自动重新起动电源恢复正常工作。自动重起动的频率为1.2Hz。
     （10）高压电流源
      在起动或滞后调节模式下，高压电流源经过电子开关S1给内部电路提供偏置，并且对Ct进行充电。电源正常工作时S1改接内部电源，将高压电流源关断。
      当TOP开关起动操作时，在控制端环路振荡电路的控制下，漏极端有电流流入芯片，提供开环输入。该输入通过旁路调整器、误差放大器时，由控制端进行闭环调整，改变Ir，经由PWM控制MOSFET的输出占空比，最后达到动态平衡。

结    论 （科教作文网 zw.nseac.com整理）
 由于TOP芯片内部完全集成了SMPS的全部功能，所以利用它设计出的开关电源周期短，成本低，对于小功率电源，简单，体积小，重量轻。随着TOP开关系列的不断发展与改进，其在开关电源及其它应用领域中必将有着更加灿烂的前景。

致    谢
  首先，我要特别感谢我的导师一个学期以来对我的指导和帮助。在我进行的过程中，导师给予了我悉心的指导，教会我研究课题的方法，不断地鼓励和督促我。每有困难时，导师总会给予我引导，导师的严谨治学态度，不断进取的作风使我获益匪浅。正是由于导师的这种态度，我的设计才能顺利进行下去。在此，我向导师致以衷心的感谢和敬意！
  感谢实验室里的师兄、师姐，他们在我毕业设计过程中给予了悉心的帮助。感谢我周围的同学的支持与帮助，另外还有很多同学都给予了我帮助，在此一并表示感谢！

参 考 文 献
[１]  Power．Supplemental Data Book and Design Guide,1998
[２]  Motorola公司产品手册,1999
[３]  沙占友,《新型特种集成电源及其应用》,北京,人民邮电出版社,1998.3
[４]  沙占友等,《新编实用数字化测量技术》,北京,国防工业出版社,1998.1