1、2022-6-7TOPSwitchn概述 TOPSwitch器件是美国功率集成公司（POWERIntegrationsInc），于90年代中期推出的新型高频开关电源芯片。它是三端脱线式PWM开关的英文缩写（ThreeterminalofflinePWMSwitch）。它的特点是将高频开关电源中的PWM控制器和MOSFET功率开关管集成在同一芯片上，是一种二合一器件。这大大简化了电源电路，提高了可靠性，使得电源的设计更加简单快捷。.2022-6-7TOPSwitch原理原理nTOPSwitch器件有多种封装形式，采用DIP8和SMD8封装的，中间4只为空脚，可以将它们接到印刷电路板的铜箔上，将芯
2、片产生的热量直接传到印刷电路板上，不必另设散热器，节省了成本。n采用TO220封装的，只有3只管脚，使用起来就和一只大功率三极管一样便利。此外由于PWM控制器和MOSFET功率开关管是在管壳内连接的，连线极短，这就消除了高频辐射现象，改善了电源的电磁兼容性能，减小了器件对电路板布局和输入总线瞬变的要求。TOPSwitchII是TOPSwitch的改进型号，它将单电压输入时的最大功率100W提高到150W，电磁兼容性也得到增强，该器件具有更高的性能价格比。TOPSwitchII器件包括TOP225TOP227等几个型号，主要差别就在于输出功率的不同。TOPSwitchII。.2022-6-7TO
3、PSwitch内部框图内部框图.2022-6-7TOPSwitch的产品分类及最大输出功率POM .2022-6-7TOPSwitch主要特性主要特性n常用的有TO-220封装2PIN，也有DIP8封装形式的；n固定集成100KHz脉宽调制；n工作原理： 内部输出MOS管占空比是随着输出控制脚的电流增加而线形地减小，来完成控制、偏置和保护；.2022-6-7RCC电源的特点n电路结构简单，造价低廉；n自激振荡动作，控制电路无需辅助电源；n外部条件的改变会引起工作频率较大的变化；n功率转换效率较低，不适合大功率；n噪声集中在低频段。.2022-6-7RCC电源原理图.2022-6-7RCC变换器
4、电路原理与应用变换器电路原理与应用1n开关电源的自激振荡状态 220V市电压整流滤波电路产生的300V直流电压分两路输出：一路通过开关压器T1初级绕组加到开关管Q1的漏极（D极）；另一路通过启动电阻R1加到开关管Q1栅极（G极），使Q1导通。n 开关管Q1导通后，其集成电极流在开关变压器T1初级组上产生1正、2负的感应电动势。由于互感，T1正反馈绕组相应产生3正、4负的感应电动势。于是T1的3脚上的正脉冲电压通过C1、R4加到Q1的G极与源极（S极）之间，使Q1漏极电流进一步增大，于是开关管Q1在正反馈雪崩过程的作用下，迅速进入饱和状态。.2022-6-7RCC变换器电路原理与应用变换器电路原
5、理与应用2n开关管Q1在饱和期间，开关变压器T1次级绕组所接的整流滤波电路因感应电动势反相而截止，于是电能便以磁能的方式存储在T1初级绕组内部。由于正反馈雪崩过程时间极短，定时电容C1来不及充 电（等效于短路）。在Q2进入饱和状态后，正反馈绕组上的感应电压对C1充电，随着C1充电的不断进行，其两端电位差升高。于是Q1的导通回路被切断，使Q1退出饱和状态。.2022-6-7RCC变换器电路原理与应用变换器电路原理与应用3n开关管Q1退出饱和状态后，其内阻增大，导致漏极电流进一步下降。由于电感中的电流不能突变，于是开关变压器T1各个绕组的感应电动势反相，正反馈绕组3端负的脉冲电压与定时电容C1所充
6、的电压叠加后，使Q1迅速截止。.2022-6-7RCC变换器电路原理与应用变换器电路原理与应用4n开关管Q1在截止期间，定时电容C1放电，以便为下一个正反馈电压（ 驱动电压）提供电路，保证开关管Q1能够再次进入饱和状态。同时，开关变压器T1初级绕组存储的能量耦合到次级绕组并通过整流管整流后，向滤波电容提供能量。.2022-6-7RCC变换器电路原理与应用变换器电路原理与应用5n当初级绕组的能量下降到一定值时，根据电感中的电流不能突变的原理，初级绕组便产生一个反向电动势，以抵抗电流的下降，该电流在T1初级绕组产生1正、2负的感应电动势。T1的3脚感生和正脉冲电压通过正反馈回路，使开关管Q1又重新
7、导通。因此，开关电源电路便工作在自激振荡状态。.2022-6-7RCC变换器电路原理与应用变换器电路原理与应用6n通过以上介绍可知，在自激振荡状态，开关管的导通时间由定时电容C1充电时间决定；开关管截止时间，由C1放电时间决定。n在开关管Q1截止期间，开关变压器T1初级绕组存储的能量经次级绕组的耦合，二极管整流供负载。.2022-6-7RCC的简单示意图.2022-6-7电路中Q2的作用？n本电路中Q2主要起什么做用呢？ 它的作用是：若开关管Q1的漏极电流使R3上的电压将Vr3超过Q2的Vbe，则Q2导通，从而构成Q1栅极电流分支，并起到限制Q1的漏极电流过高的稳流作用。.2022-6-7变压
8、器参数的计算n变压器在设计时一般先取RCC电路的振荡频率和晶体管工作的占空比。有经验的工程师一般取f为2040KHz；D为0.5左右， 为0.60.8。n变压器的初级峰值电流：一般初级峰值电流为电源输入电流平均值的4倍，输出峰值电流也为额定输出电流的4倍，所以：Ip=4Po/（Vinmin ）这里的,Po：输出功率，W； Vinmin：输入最小电压，V； ：变压器的效率，这里取0.6。.2022-6-7变压器的初级/次级电感量n变压器初级电感量为：Lp=（Vinmin/Ip）Ton这里的，Vinmin：输出的最小电压，V； Ton：变压器的导通时间，S。n变压器次级电感量为：Iop=4 IoL
9、s=（Vo+Vf）Toff/Iop这里的，Vo：输出电压的额定值，V； Vf：输出整流管压降，V；.2022-6-7变压器初级绕组计算n初级绕组Np的计算： Np=（VinTon）108/ BAe这里的，Vinmin：为电源电压，V； Ton：变压器的导通时间，S； B：磁芯的磁通密度，mT； Ae：磁芯的有效截面积，cm2。.2022-6-7次级绕组的计算n次级绕组Ns的计算： Ns=Po（Vo+Vf）/Vinmin2Io Np一般更多的使用： Ns= （Ls/Lp） Np这里的，Po：输出的总功率，W； Vf：整流管的压降，V； ：变压器的效率； Vinmin：最小输入电压，V； Io：输
10、出电流，A。.2022-6-7变压器的气隙计算n变压器的气隙为：Lg=43.14AeNp210-8/Lp这里的， Ae：变压器磁心有效截面积，cm2；.2022-6-7现场作业题n设计一款变压器：1、输入：AC90265V；采用RCC变压器；2、12V，0.4A； 5V， 0.015A（辅助绕组的供电）；3、d = 4/mm2； f = 25KHz； Ae = 0.41cm（EI22磁心）； = 0.6； D = 0.5； B =2800mT.2022-6-7RCC变压器初级绕组设计n变压器初级绕组1）原边峰值电流是输入电流平均值的4倍： IP = 4（1/Vin） （Po/） = 4 （1/
11、90 2 0.91）（12 0.4/0.6）=0.28A2）Np线圈上的电感量Lp为： Lp=（Vin/Ip）Ton =（ 90 2 0.91/0.28 ） 2010-6=8.3mH3）初级匝数为： Np=（VinTon）108/ BAe =（ 90 2 0.91 20 10-6/2800 0.41） 108 =201.2022-6-7RCC变压器次级绕组设计次级绕组Ns计算： 一般二极管正向压降VF=1V，所以：1）Ns电感量Ls为： Ls=（Vo+VF）/Is）Toff =（12+1）/4 0.4）20 10-6=163uH2）电感与匝数的平方成正比，所以： Ns= （Ls/Lp）Np =（ （163 10-6/8.3 10-3）201=283）辅助绕组5V的匝数为： NB=（VB/Vin）Np=（5/ 90 2 0.91 ）201=8.7这里取9匝.2022-6-7RCC变压器间隙计算n本例采用的是EI22磁心，气隙为： Lg=43.14 Ae Np2 10-8/Lp = 43.14 0.412012 10-8/8.310-3 =0.25mm实际上的气隙为Lg的一半，即0.125mm.
