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TOPSwitch-FX系列单片机开关电源的应用
[正文]:摘要：介绍topswitch-fx系列产品在通用高效开关电源、机顶盒开关电源、pc待机电源中的典型应用。
关键词：开关电源 外部限流 机顶盒电源 待机电源topswitch-fx系列单片机电源集成电路，可广泛应用于各种通用及专用开关电源、待机电源、开关电源模块中。
一、能进行外部限流的12v、30w开关电源由top234y构成12v、30w高效开关电源的电路如图1所示。
其交流输入电压范围是ac85～265v，满载时电源效率可达80%。
交流电压u依次经过电磁干扰（emi）滤波器（c10，l1）、输入整流滤波器（br，c1）获得直流高压ui。
ui经过r1和r2分压后接m端，能使极限电流随ui升高而降低。
r1可提供电压前馈信号，当ui偏高时能自动降低最大占空比，以减小输出纹波。
r2为电流极限设定电阻，所设定的ilimit≈0.7ilimit=0.7×1.5a=1.05a，略高于低压输入时的峰值电流ip值。
这里将系数取0.7是考虑到top234y在宽范围输入时，最大连续输出功率pom=45w,而实际输出功率p'om=30m，即p'om/pom=30/45=0.67≈0.7。
采用这种设计方法允许高频变压器选用尺寸较小的磁芯，通过增加初级电感量lp来降低top234y的功耗，并防止出现磁饱和现象。
此外，由于采用了降低dmax的电压前馈技术即使输入电压ui和初级感应电压uor较高，开关电源也能正常工作。
它允许使用成本的r，c，vd型漏极钳位电路（r3，c7，vd1），以替代价格较高的tvs（瞬态电压抑制器）、vd型钳位电路，用于吸收在top234y关断时由高频变压器漏感产生的尖峰电压，对漏极起到保护作用。
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次级电压经过vd2，c2，c3，l2和c4整流滤波后，获得+12v、2.5a的稳压输出。
为减小整流管的损耗，vd2采用mbr1060型10a/60v肖特基二极管。
c9和r7并联在vd2两端，能防止vd2在高频开关状态下产生自激振荡（振铃）。
当开关电源空载时，topswitch-fx能采用跳过周期的方式进一步降低最大输出占空比，使得dmax<1.5%，因此，在输出端无须接假负载，这样还可降低空载或待机状态下的功耗。
该电源采用带稳压管的光耦反馈电路。
ic2为ltv817a型线性光耦合器。
vdz采用1n5240c型稳压管，其稳定电压uz=10（1±0.02）v。
光耦中led的正向压降uf≈1v.输出电压由下式确定：uo=uz+uf+ur4现将其稳压原理分析如下：当由于某种原因致使uo↑，uo>u2+uf+ur4时，所产生的误差电压ur'=uo-（uz+uf+ur4）就令led的if↑，经过光耦后，接收管的ie↑，使得控制端电流ic↑，而占空比d↓，导致uo↓，为而实现了稳压目的。
反之，uo↓→if↓→ie↓→ic↓→d↑→uo↑，同样起到稳压作用。
1n5240c的稳定电流典型值为20ma，取r4=150ω时只能供给6.7ma的电流，进一步增加电阻值会受到led工作电流if（通常为3.5～7ma）的限制。
为此，另由电阻r6提供13.3ma的工作电流，使vdz的稳定电流iz=3.7ma+13.3ma=20ma，其稳压特性也得到了改善。
反馈绕组电压经过vd3和c6整流滤波后，产生12v的反馈电压，经过ic2给top234y的控制端提供偏压。
c5是旁路电容，它还与r5构成控制环路的补偿电路。
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二、多路输出的35w机顶盒开关电路具有5路输出的35w机顶盒开关电源电路如图2所示。
这5路电压分别为：uo1(+30v,100ma)，uo2(+18v,550ma)，uo3(+5v，2.5a)，uo4（+3.3v，3a），uo5(-5v,100ma)。
其中，+5v和+3.3v作为主输出，其余各路均为辅输出。
当交流输入电压u=220(1±0.15)v时，总输出功率达38.5w；若采用宽范围电压输入（u=85～265v ac）,总输出功率就降成25w，可用作机顶盒（set-top box）、录像机（vcr）、摄录像机（cvcr）和dvd中的开关电源。
该电源采用3片ic：top233y（ic1），光耦合器ltv817a（ic2）；可调式精密并联稳压器tl431c（ic3）。
为减小高频变压器体积和增强磁场耦合程度，次级绕组采用了堆叠式绕法。
由r4和c14构成的吸收回路可降低射频噪声对电视机等视频设备的干扰。
必要时还可将开关频率选择端（f）改接控制端（c），选择半频方式，以进一步降低电视机对视频噪声的敏感程度。
r6，r7和r8为比例反馈电阻，使5v和3.3v电源按照一定的比例进行反馈，这两路输出的负载调整率均可达±5%。
r9和c16构成tl431c的频率补偿网络。
c17为软启动电容，取c17=22μf时可增加4ms的软启动时间，再加上本身已有10ms的软启动时间，总共为14ms。
其余各路输出未加反馈，输出电压均由高频变压器的匝数比来确定。
因-5v电源的输出功率很低，现通过电阻r2和稳压管vdz2进行电压调节。
r9是+30v输出的假负载，它能降低该路的空载及轻载电压。
鉴于5v，3.3v和18v电源的输出功率较大，三者都增加了后级lc滤波器（l3和c9，l4和c11，l2和c7），以减小输出纹波电压。
top233y具有频率抖动特性，这对降低电磁干扰很有帮助。
另外，再合理地选择安全电容c15和emi滤波器（c6，l1）的元件值，就能使开关电源产生的电磁辐射达到cispr22（fccb）国际标准。
将c15的一端接u1的正极，能把top233y的共模干扰减至最小。
须要指出，c15和c6都称作安全电容，区别只是c15接在高压与地之间，能滤除初、次级耦合电容产生的共模干扰，在iec950国际标准中称之为“y电容"。
c6则接在交流电源进线端，专门滤波电网线之间的串模干扰，被称作“x电容”。
为承受可能从电网线窜入的雷击电压，在交流输入端还并联只标称电压u1ma=275v的压敏电阻器vsr。
u1ma表示当压敏电阻器上通过1ma的直流电流时，元件两端的电压值。
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三、5v和3.3v输出的17w pc待机电源能提供5v，2a和3.3v，2a两路主输出的pc机待机电源电路如图3所示。
该电源还以最低成本增加了15v，30ma的辅输出。
电路中使用一片top232y型单片机开关电源，总输出功率为17.05w。
直流输入电压的范围是200～375v。
亦可选220/110v ac固定输入电压，只须接入整流滤波器，而无须加输入倍压器对110v ac进行倍压整流。
该设计充分发挥了top232y的软启动、欠压保护、严格的限流特性和开关频率高等优良特性，使得高频变压器可选ee19型磁芯。
此外，由于top232y增加了高压漏极端与低压端的间距，减小了引脚之间的漏电，因此电源能在较恶劣的环境下使用。
c1为直流高压的高频退耦电容，当u1与待机电源距离很近时可省去c1。
线路检测电路r1用于设定欠压值uuv。
取r1=3.9mω时，uuv=iuv·r1=50μa×3.9mω=ui>195v dc时，才重新接通电源。
反馈绕组电压经过vd4和c6整流滤波后产生15v的反馈电压，一方面作为+15v输出（未与初级隔离），另一方面还经过光敏三极管给top232y的控制端提供偏压。
r4，r6和r7均为取样电阻，用来检测3.3v和5v输出电压的变化量。
r2是led的限tl431c提供偏流。
c8为软启动电容，能消除刚接通电源时产生的电压过冲现象。
空载时利用top232y跳过周期的特性，可以满足pc机待机电源低功耗的指标。
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