TOP204单片开关电源IC的原理及应用
开关电源自20世纪70年代开始应用以来，涌现出许多功能完备的集成控制电路，使开关电源电路日益简化，工作频率不断提高，效率大大提高，并为电源小型化提供了广阔的前景。三端离线式脉宽调制单片开关集成电路top(threeterminaloffline)将pwm控制器与功率开关mosfet合二为一封装在一起，已成为开关电源ic发展的主流。采用top开关集成电路设计开关电源，可使电路大为简化，体积进一步缩小，成本也明显降低。
top开关电源ic结构：
top开关集各种控制功能、保护功能及耐压700v的功率开关mosfet于一体，采用to?220或8脚dip封装。少数采用8脚封装的top开关，除d、c两引脚外，其余6脚实际连在一起，作为s端，故仍系三端器件。三个引出端分别是漏极端d、源极端s和控制端c。其中，d是内装mosfet的漏极，也是内部电流的检测点，起动操作时，漏极端由一个内部电流源提供内部偏置电流。控制端c控制输出占空比，是误差放大器和反馈电流的输入端。在正常操作时，内部的旁路调整端提供内部偏置电流，且能在输入异常时，自动锁定保护。源极端s是mosfet的源极，同时是top开关及开关电源初级电路的公共接地点及基准点。
工作原理：
top包括10部分，其中zc为控制端的动态阻抗，re是误差电压检测电阻。ra与ca构成截止频率为7khz的低通滤波器。主要特点是：
（1）前沿消隐设计，延迟了次级整流二级管反向恢复产生的尖峰电流冲击；
（2）自动重起动功能，以典型值为5％的自动重起动占空比接通和关断；
（3）低电磁干扰性（emi），top系列器件采用了与外壳的源极相连，使金属底座及散热器的dv/dt=0，从而降低了电压型控制方式与逐周期峰值电流限制;
（4）电压型控制方式与逐周期峰值电流限制。
下面简要叙述一下：
（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。
（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?源导通电阻与产品型号和芯片结温有关。mosfet管的漏?源击穿电压u(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，q=0，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。
top开关的典型应用
12v/30w小功率开关电源
12v/30w小功率开关电源原理图如图2所示。该电源特性是：简单，直接可与220v交流电源连接，经桥式整流电容滤波后产生300v直流高电压起动开关电源工作。并且重量轻、体积小，接线简单外围元件少。
该电路特点是利用三极管q1，二极管d8及电阻r5、r6组成过低压保护电路，当输入电压降低到一定程度时，q1导通，控制端c电位降低，top开关关闭，开关电源没有输出。
（1）输入电路
电网交流220v输入电压经桥式整流、电容滤波后产生300v直流高压起动开关电源工作。
（2）电源变换器部分
在该电路中，t2为高频变压器，其中 n1为初级绕组（35t），n2为反馈绕组（15t），n3为次级隔离输出绕组（7t）
开关电源工作后，反馈绕组n2经整流、滤波、限流后送至top开关控制极c，以调整top开关内部pwm占空比。当因某种原因如负载变轻引起输出电压升高时，n2电压将升高，即流入top开关控
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工作原理：
top包括10部分，其中zc为控制端的动态阻抗，re是误差电压检测电阻。ra与ca构成截止频率为7khz的低通滤波器。主要特点是：
（1）前沿消隐设计，延迟了次级整流二级管反向恢复产生的尖峰电流冲击；
（2）自动重起动功能，以典型值为5％的自动重起动占空比接通和关断；
（3）低电磁干扰性（emi），top系列器件采用了与外壳的源极相连，使金属底座及散热器的dv/dt=0，从而降低了电压型控制方式与逐周期峰值电流限制;
（4）电压型控制方式与逐周期峰值电流限制。
下面简要叙述一下：
（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。
（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?源导通电阻与产品型号和芯片结温有关。mosfet管的漏?源击穿电压u(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。
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（2）电源变换器部分
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