TOP249Y與TL431,PC817組成的70W通用開關電源模塊

TOP249Y與TL431,PC817組成的70W通用開關電源模塊
TOP開關電源晶元適合製作低成本、高效率、小尺寸、全密封式開關電源模塊或電源適配器。圖1所示為密封式70W（19V，3.6A）通用開關電源模塊。當環境溫度不超過40℃時，模塊的外形尺寸可減小到10.5mm×5.5mm×2.5mm。設計的交流輸入電壓範圍是85V～265V，這屬於全世界通用的電壓範圍。該電源能同時實現輸入欠壓保護、過壓保護、從外部設定極限電流、降低最大占空比等功能，其主要技術指標為：
額定輸出功率PO=70W；
負載調整率SI=±4％；
電源效率η≥84％（當交流輸入電壓U=85V時，滿載效率可達85％；當U=230V時，電源效率高達90％）；
空載功率損耗<0.52W（U=230V時）；

圖1高效率70W通用開關電源模塊電路
輸出紋波電壓≤120mV（峰?峰值）。該電源共使用3片集成電路：TOP249Y型6端單片開關電源（IC1）；線性光耦合器PC817A（IC2）；可調式精密並聯穩壓器TL431（IC3）。電阻R9和R10用來從外部設定功率開關管的漏極極限電流，使之略高於滿載或輸入欠壓時的漏極峰值電流ID(PK)。這就允許在電源起動過程中或輸出負載不穩定但未出現飽和的情況下，採用較小尺寸的高頻變壓器。當輸入直流電壓過壓時。R9和R10還能自動降低最大占空比Dmax，對最大負載功率加以限制。R11為欠壓或過壓檢測電阻，並能給線路提供電壓前饋，以減少開關頻率的波動。取R11=2MΩ時，僅當直流輸入UI電壓達到100V時，電源才能起動。TOPSwitch?GX的欠壓電流IUV=50μA，過壓電流IOV=225μA。有公式
UUV=IUV·R11（1）
UOV=IOV·R11(2）
將R11=2MΩ分別代入式（1）和式（2）中得到，UUV=100V（DC），UOV=450V（DC）。過壓時最大占空比Dmax隨流入X端的電流IX的增大而減小，當IX從90μA增加到190μA時，最大占空比Dmax就從78％（對應於UUV=100V）線性地降低到47％（對應於375V）。在掉電后，欠壓檢測能在C1放電時減少輸出干擾，只要出現輸出調節失效或者輸入電壓低於40V的情況，都會使TOPSwitch?GX關閉。當開關電源受到450V以上的衝擊電壓時，R11同樣可使TOP249關斷，避免元器件受到損壞。
由VDZ1和VD1構成的漏極鉗位電路，能吸收在MOSFET關斷時由高頻變壓器初級漏感產生的尖峰電壓，保護MOSFET不受損壞。VDZ1採用鉗位電壓為200V的P6KE200型瞬態電壓抑制器，VD1選用UF4006型超快恢復二極體，其反向耐壓為800V。將電容C11和VDZ1並聯后，能減少鉗位損耗。選擇全頻工作方式時，開關頻率設定為132kHz。為了減小次級繞組和輸出整流管的損耗，現將次級繞組分成兩路，每路單獨使用一隻MBR20100型20A／100V的共陰極肖特基對管（VD2、VD3），然後並聯工作。輸出濾波電路由C2、C3、L1、C4和C14構成。空載時，TOP249Y能自動降低開關頻率，使得在交流230V輸入時電源損耗僅為520mW。TOP249Y具有頻率抖動特性，這對降低電磁干擾很有幫助。只要合理地選擇安全電容C7和EMI濾波器（L2、L3、C6）的元件值，就能使開關電源產生的電磁輻射符合CISPR22（FCCB）/EN55022B國際標準。將C7的一端接UI的正極，能把TOP249Y的共模干擾減至最小。需要指出，C7和C6都稱作安全電容，區別只是C7接在高壓與地之間，能濾除初、次級耦合電容產生的共模干擾，在IEC950國際標準中稱之為“Y電容”。C6則接在交流電源進線端，專門濾除電網線之間的差模干擾，被稱作“X電容”。
精密光耦反饋電路由IC2、IC3等組成。輸出電壓UO通過電阻分壓器R4～R6獲得取樣電壓，與TL431中的2.50V基準電壓進行比較后產生誤差電壓，再經過光耦去改變TOP249Y的控制端電流IC，使占空比發生變化，進而調節UO保持不變。反饋繞組的輸出電壓經VD4、C15整流濾波后，給光耦中的接收管提供偏壓。C5還與R8一起構成尖峰電壓濾波器，使偏置電壓在負載較重時能保持恆定。R7、C9、C10和R3、C5、C8均為控制環路的補償元件。