第四代TOPSwitch?GX系列單片開關電源
摘要:TOPSwitch?GX是美國PowerIntegrations公司在繼TOPSwitch?I、II、FX三個系列之后,開發的最新單片開關電源系列。該系列芯片通過改進布局,擴展了電源功率,增加了大量新功能,從而有效地提高了電源設計的靈活性及電源效率。介紹了新型TOPSwitch?GX系列中TOP242?250芯片的性能特點、工作原理。關鍵詞:TOPSwitch?GX;單片開關電源;軟啟動;高效率FourthGenerationTOPSwitch?GXSeriesICPowerSupply 1引言 開關電源由于在體積、重量、效率和可靠性等多方面的優勢,目前在計算機、通信、家用電器、雷達、空間技術等眾多領域中已完全取代了傳統的線性穩壓電源。美國PowerIntegrations公司在20世紀90年代推出的單片集成化開關電源TOPSwitch?I、II、FX系列產品,為新型、高效、低成本開關電源的推廣與普及創造了良好條件,被譽為“頂級開關電源”。但是這些IC電源仍存在一些不足:紋波電壓較大、空載和輕載損耗大、高溫工作時輸出功率受限、啟動時元件承受較大的尖峰電壓和電流以及設計不夠靈活等。針對這些不足之處,PowerIntegrations公司優化了芯片的內部布局,改進了電路功能,于2001年新推出了TOPSwitch家族的第四代芯片:TOPSwitch?GX系列。 TOPSwitch?GX系列不僅繼承了早期的TOPSwitch將高壓功率MOSFET管、PWM控制、故障自動保護及其它控制電路集成在一個CMOS芯片上的優點,而且還增加了許多新功能,從而有效地降低了電源系統成本,提高了電源性能,改善了設計靈活性并擴展了電源輸出功率。其中的TOP250型芯片是世界上功率最高的單片電源IC,其最大輸出功率可達290W,該芯片極大地擴展了開關電源芯片在大功率領域內的應用范圍。 2新增功能介紹 TOPSwitch?GX系列新增的主要功能及其優點如下: 1)更寬的輸出功率范圍,最大可達290W; 2)可減少外圍器件的損耗; 3)在極低壓或過壓時能實現完全軟啟動,進一步減小了器件在啟動時的電壓、電流應力; 4)外部可編程精確地設定限制電流,減小了變壓器鐵芯體積,提高了電源效率; 5)更大的占空比,能提供更大的輸出功率并減小了輸入電容; 6)在Y、R、F型式封裝中將電壓檢測管腳與限流管腳分開封裝,提高了設計的靈活性; 7)欠壓保護,不會造成誤關斷; 8)有過壓保護,可以限制浪涌電流; 9)采用線電壓前饋,減小了低壓時的輸出電壓紋波,限制了高壓時的最大占空比(Dmax); 10)有±3%的頻率抖動,減小了電磁干擾(EMI),并降低了EMI濾波器的損耗; 11)空載、輕載時可降低工作頻率,使輸出電路無需加假負載,從而顯著地減少了能量損耗; 12)高達132kHz的工作頻率,減小了變壓器和電源的體積; 13)在視頻應用時可選擇半頻(66kHz)運行(只限于Y、R、F封裝); 14)溫度范圍更寬的滯后熱關斷,允許電源在高溫下輸出更大的功率,并有效地防止裝置過熱。 TOPSwitch?GX系列的這些優點使其可廣泛地應用于手提電腦、PDA、集線器、交換器、路由器、臺式電腦、小型服務器、機頂盒、數碼電視、打印機、DVD播放器、UPS、電視游戲機、音頻放大器等裝置中。 3管腳功能描述 TOPSwitch?GX系列有TOP242—TOP250的9種不同容量型號,又分為Y、P、G、R、F等5種封裝形式。根據封裝形式不同,TOPSwitch?GX系列芯片新增的管腳數也不同。P、G型封裝與第三代芯片TOPSwitch?FX系列一樣只有D、S、C、M四個管腳,而Y、R、F型封裝則有六個管腳:D、S、C、F、X、L。圖1為Y/R/F型封裝芯片引腳及內部功能方框圖。Y、R、F型封裝的管腳功能如下。 漏極管腳(D)高壓功率MOSFET漏極輸出。通過此腳從高壓開關電流源輸入內部啟動偏置電流。 控制管腳(C)用于調節占空比的誤差放大器與電流輸入腳。在正常操作期間通過連接至內部分流調節器來提供內部偏置電流,也可以作為電源的旁路和自動重啟/補償電容的連接點。 源極管腳(S)將其連接至輸出MOSFET源極時可得到高壓功率回饋。 電壓檢測管腳(L)作為欠壓保護(UV)、過壓保護(OV)、減少Dmax的線性前饋及遠程開/關等4項功能的控制腳。當腳L與腳S短接時,各項功能均不起作用;當L腳串聯電阻接至電源母線時,可實現UV、OV及隨母線電壓減少Dmax的3項功能;當腳L通過電阻與腳C相連,并外接一級開關信號放大電路時可以實現遠程控制開/關的作用。 外部限流管腳(X)用于外部電流限制值設置的輸入腳。當串聯電阻接至地線時為外部可編程精確設定限流值,當串電阻接至電源母線時可隨母線電壓調節限流值。 頻率管腳(F)用于選擇開關頻率的輸入腳。在多數應用場合下將腳F連接至源極管腳S,此時開關頻率為132kHz。在一些特殊應用場合如對噪音敏感的音頻設備中,將腳F連接至控制管腳C時開關頻率降為66kHz以減小干擾。 4典型應用實例 4?130W通用高效電源 圖2是一個30W高效通用電源電路。該電路利用TOPSwitch?GX的某些特點降低了系統成本和減小了電源尺寸,并且改善了效率。實現了初、次級的完全隔離。電源性能指標為:輸出電壓為12V,輸出功率為30W,輸出紋波不大于50mVp?p,輸入電壓范圍為85~265V交流,環境溫度為50℃,滿載時可達到標稱效率80%。 電路原理:電流限制通過外部電阻R1和R2被設定。隨著線性電壓的升高,電阻R1和R2分壓提供給X端的信號降低了電流限制。電阻R4提供了線性檢測,設置UV為DC100V和OV為DC450V。R5,C5提供環路補償。次級電壓通過D8,C10,C11整流、濾波,L3,C12開關噪聲濾波后輸出直流電壓。使用60V的肖特基整流器(D8)來提供15V的輸出電壓,從而大大提高了電源的效率。輸出電壓由齊納二極管(VR2)、光耦(U2)內部二極管和電阻R6決定。在非線性、加載和元件參數變化時,電阻R8提供給齊納二極管VR2偏置電流,調節12V直流輸出電壓穩定在±5%內。使用TOPSwitch?GX可消除在進行無負載調節時使用假負載,并可減少無負載和輕載下的電源損耗。 4?2微處理器(MPU)控制電源遠程開/關 低成本瞬間觸點開關在一些應用程序(如打印 圖230W高效通用電源電路圖 圖3運用MPU遠程控制電源的開/關電路圖 機)要求的微處理器控制下能用于開/關。TOPSwitch?GX芯片內置的遠程開/關功能允許使用少量外部元件實現這一功能,具體電路如圖3所示。 電路原理:每當用戶閉合按鈕瞬間觸點開關P1時,光耦U3被激活,把信號傳送給微處理器的邏輯輸入端。首先,當電源斷開時(M端處于浮動狀態),P1關閉,通過一只二極管短接TOPSwitch?GX的M端和源極打開電源。當次級輸出電壓VCC建立時,微處理器被激活并且確認由光耦U3輸出信號驅動開關狀態輸入,開關P1關閉。然后微處理器通過光耦U4發送電源控制信號使電源處于接通狀態。如果用戶再次按下開關P1,發出關斷命令,微處理器通過光耦U3檢測它并且啟動產品專用的關程序。例如,在噴墨打印機中,關程序包括可以在存儲位置安全地停止打印頭。在有磁盤驅動器的產品中,關程序包括保存數據和調整磁盤。在關程序完成后,安全地關掉電源時,微處理器通過斷開光耦U4釋放M端。如果手動開關和光耦U3、U4不設置接到M端,當M端開路時,電容CM可以防止噪聲耦合到這個端。 電源也能通過局域網或由光耦U4輸入LED邏輯信號到并行或串行口遠程控制打開。有時通過一根電纜(如交流耦合電纜)替代直流邏輯電平發送一列邏輯脈沖作為提醒信號,是更容易的。因此,簡單的RC濾波器用來產生一個直流電平去驅動U4(在圖3中沒有顯示出來)。遠程打開特點能用來提醒外圍設備,例如打印機、掃描儀、外部的調制解調器、磁盤驅動器等。如果外圍設備在一個時段內不保存功率,則通常被設計為自動關斷狀態。 5結語 綜上所述,除了使用少量外圍元件之外,TOPSwitch?GX在這類應用中還提供了許多技術優勢:如在關斷模式下功率消耗極小,低成本、低沖擊電壓/電流,使用瞬間觸點開關,瞬間開關無需防反跳電路,設計靈活等。采用TOPSwitch?GX系列開關器件可以設計出各種高效率、多輸出端電源,廣泛應用于各種領域。 TOPSwitch?GX的一系列設計工具軟件及選型表可以從生產商PowerIntegrations公司網址:http://www/powerint.com下載,還可以從網上申請一套包括30W電源原型電路板、TOPSwitch-GX樣品和全套軟件的設計工具包。國內總代理為香港科匯(亞太)有限公司盈豐分部。 參考文獻 [1]PowerIntegrations.DataSheetTOP242- 250. [2]沙占友.新型特種集成電源及應用[M]. 北京:人民郵電出版社,1998. [3]張占松.高頻開關穩壓電源[M].廣州:廣 東科技出版社,1993. [4]李乃英.一種新型單片開關電源的設計 [J].電力電子技術:1999(6). |
第四代TOPSwitch?GX系列單片開關電源
- 電源(244067)
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2010-02-09 11:00:00
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第四代蘋果iPhone再曝光
第四代蘋果iPhone再曝光
日前,在網絡上曝光了一組最新蘋果iPhone 4G的概念設計,其首次出現的五種色彩款式盡管未必真實,但還是著實讓人眼前一亮。
2010-03-04 09:37:22
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TOPSwitch—GX系列產品的性能特點
PowerIntegration公司在第三代單片開關電源TOPSwitch—FX基礎上推出的第四代單片開關電源TOPSwitch—GX系列芯片。 其最大輸出功率已擴展到290 W。由于將高壓功率MOSFET、PWM控制、故障保護和
2010-07-31 15:51:38
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TOPSwitch-GX設計注意事項
必須指出,TOPSwitch-GX的快速設計法旨在提供設計開關電源的正確途徑,所得到的PD、N參數均為估計值。最終能否
2010-12-14 17:02:40
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抵制開關電源的電磁干擾
自從20世紀90年代以來,各種單片開關電源集成電路竟相問世,現已形成TOPSwitch、TOPSwitch-2、TOPSwitch-FX、TOPSwitch-GX
2010-12-16 13:04:01
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基于TopswitchⅡ芯片開關電源理論設計與仿真
本文介紹了開關電源的基本原理,以及TopswitchⅡ型開關芯片的結構,探討了基于該芯片小功率通用開關電源的設計過程中開關管的選型,主要元件參數的計算等問題。最后通過仿真試驗
2012-07-25 14:13:54
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基于PWM集成控制器開關電源的設計與仿真
基于PWM集成控制器開關電源的設計與仿真 摘要:針對電源發展的集成化與小型化趨勢,提出了一種基于TOPSwitch-GX單片開關電源的設計方法。詳細分析該電源電路的外圍控制電路、抗干擾電路、輸出濾波
2017-12-12 11:47:34
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LeCroy第四代示波器:世界工程的影響者(下)
報告由LeCroy公司技術支持張昌駿先生發表了名為“第四代示波器的創新、卓越與價值”的演講。LeCroy公司是全球唯一一家專業專注于數字示波器的廠商。此次張昌駿先生以其嫻熟的業務知識與經驗,介紹了由LeCroy公司創新的領先世界的第四代示波器,為世界的工程發展產生了不可磨滅的影響。
2018-06-22 16:10:00
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LeCroy第四代示波器:世界工程的影響者(中)
報告由LeCroy公司技術支持張昌駿先生發表了名為“第四代示波器的創新、卓越與價值”的演講。LeCroy公司是全球唯一一家專業專注于數字示波器的廠商。此次張昌駿先生以其嫻熟的業務知識與經驗,介紹了由LeCroy公司創新的領先世界的第四代示波器,為世界的工程發展產生了不可磨滅的影響。
2018-06-22 16:30:00
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LeCroy第四代示波器:世界工程的影響者(上)
報告由LeCroy公司技術支持張昌駿先生發表了名為“第四代示波器的創新、卓越與價值”的演講。LeCroy公司是全球唯一一家專業專注于數字示波器的廠商。此次張昌駿先生以其嫻熟的業務知識與經驗,介紹了由LeCroy公司創新的領先世界的第四代示波器,為世界的工程發展產生了不可磨滅的影響。
2018-06-22 16:10:00
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金山云第四代云服務器正式發布,性能提升23%
金山云宣布基于全新Intel Cascade Lake CPU、最新六通道DDR4內存的第四代云服務器正式上線。
2020-03-19 13:44:59
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如何使用TOPSwitch-GX系列芯片實現單片開關電源的應用設計
介紹了美國 Power Integrations公司最新研制的開關電源集成芯片 TOPSwitch2GX系列的主要特點 ,設計了一款基于此系列芯片的多路輸出單端反激式開關電源 ,闡述了設計的主要步驟 ,給出了設計注意事項及試驗結果。此電源具有低成本、高效率、小尺寸、全密封式的特點。
2020-07-23 08:00:00
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基于TOPSwitch-GX系列的離線電源
由于TOPSwitch-GX的高度集成,芯片中解決了許多電源設計問題。剩下很少的問題需要外部解決,從而為所有應用提供了一種通用的電路配置。
2021-05-15 07:41:00
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第四代惠普戰66銳龍版在京東、天貓開啟預約
2月22日消息,今天第四代惠普戰66銳龍版開啟預約,預約持續到2月28日,將于3月1日正式開賣,支持12期白條免息。
2021-02-23 10:13:51
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它激式開關電源的學習課件免費下載
本文檔的主要內容詳細介紹的是它激式開關電源的學習課件免費下載包括了:1 典型它激式開關電源,2 集成驅動器及其應用,3 STR系列集成變換電路,4 TOP系列集成開關電源,5 TOPSwitch的應用,6 DC/DC變換電路
2021-03-30 17:24:12
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Vishay推第四代600 VE系列MOSFET器件 高通驍龍數字底盤助力汽車發展
Vishay Intertechnology, Inc.(紐約證券交易所代碼:VSH)??推出了其第四代 600 VE 系列功率 MOSFET 中的最新器件。
2022-03-28 11:54:14
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UnitedSiC第四代技術提供TO247-4L封裝
UnitedSiC(現名Qorvo)擴充了其1200V產品系列,將其突破性的第四代SiC FET技術推廣到電壓更高的應用中。
2022-06-06 09:33:57
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什么是第四代半導體?
第四代半導體我們其實叫超禁帶半導體,它分兩個方向,一是超窄禁帶,禁帶寬度(指被束縛的價電子產生本征激發所需要的最小能量)在零點幾電子伏特(eV),比超窄禁帶更窄的材料便稱為導體;
2022-08-22 11:10:39
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虹科新品 | HK&ATTO推出FastFrame? 第四代智能以太網適配器系列
虹科新品HK&ATTO推出FastFrame第四代智能以太網適配器系列ATTOTechnology,Inc.是35多年來為數據密集型計算環境提供網絡、存儲連接和基礎設施解決方案的全球領導者
2023-05-11 10:36:09
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蘋果第四代iPhone SE發布被推遲
現預計蘋果自研的5G調制解調器要等到2025年才能進入大規模生產。因此,第四代iPhone SE的發布時間也會相應延后。第四代iPhone SE的計劃也隨之被推遲了。
2023-06-25 15:20:43
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TOPSwitch-I、TOPSwitch-II系列單片開關電源及其應用
單片開關電源具有單片集成化、最簡外圍電路、最佳性能指標、能構成無工頻變壓器開關電源等顯著優點。美國動力公司在世界上率先研制成功的三端隔離式脈寬調制單片開關電源集成電路,被譽為“頂級開關電源”。
2023-12-18 10:14:09
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高通公布第四代驍龍座艙平臺
在2024年的CES展會上,高通公司公布了其最新的第四代驍龍座艙平臺。這一新平臺旨在滿足汽車廠商對于打造獨特、差異化和品牌化體驗的需求。
2024-01-11 14:27:41
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