外文翻譯---topswitch系列三端離線式pwm開關

1、<p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　附錄A 英文原文</b></p><p>　　TOPSwitch FamilyThree-terminal Off-line PWM Switch</p><p>　　TOPSwitch device belongs to three-line P

2、WM switch. It is a new type of IC which merges PWM and MOSFET. It has many advantages: small volume, light weight,high density and low cost. High frequency switching power supply made from it can no t only simplify the c

3、ircuit, but also can imp rove the EMC characteristics and reduce the cost.</p><p>　　The TOPSwitch family implements, with only three pins, allfunctions necessary for an off-line switched mode control system:

4、 high voltage N-channel power MOSFET with controlled turn-on gate driver, voltage mode PWM controller with integrated 100 kHz oscillator, high voltage start-up bias circuit,bandgap derived reference, bias shunt regulato

5、r/error amplifier for loop compensation and fault protection circuitry. Compared to discrete MOSFET and controller or self oscillating (RCC) switching conver</p><p>　　Pin Functional Description</p>&l

6、t;p>　　DRAIN Pin:</p><p>　　Output MOSFET drain connection. Provides internal bias current during start-up operation via an internal switched highvoltage current source. Internal current sense point.</p&

7、gt;<p>　　CONTROL Pin:</p><p>　　Error amplifier and feedback current input pin for duty cycle control. Internal shunt regulator connection to provide internal bias current during normal operation. Trig

8、ger input for latching shutdown. It is also used as the supply bypass and auto-restart/ compensation capacitor connection point.</p><p>　　SOURCE Pin:</p><p>　　Output MOSFET source connection. Pr

9、imary-side circuit common, power return, and reference point.</p><p>　　TOPSwitch Family Functional Description</p><p>　　TOPSwitch is a self biased and protected linear control current-to-duty cy

10、cle converter with an open drain output. High efficiency is achieved through the use of CMOS and integration of the maximum number of functions possible. CMOS significantly reduces bias currents as compared to bipolar or

11、 discrete solutions. Integration eliminates external power resistors used for current sensing and/or supplying initial start-up bias current. During normal operation, the internal output MOSFET duty cycle l</p>&l

12、t;p>　　Control Voltage Supply</p><p>　　CONTROL pin voltage VC is the supply or bias voltage for the controller and driver circuitry. An external bypass capacitor closely connected between the CONTROL and S

13、OURCE pins is required to supply the gate drive current.</p><p>　　The total amount of capacitance connected to this pin (CT) also sets the auto-restart timing as well as control loop compensation. VC is regu

14、lated in either of two modes of operation. Hysteretic regulation is used for initial start-up and overload operation. Shunt regulation is used to separate the duty cycle error signal from the control circuit supply curre

15、nt. During start-up, VC current is supplied from high-voltage switched current source connected internally between the DRAIN and CONTROL pi</p><p>　　TOPSwitch Family Functional Description (cont.)</p>

16、<p>　　The first time VC reaches the upperthreshold, the high-voltage currentsource is turned off and the PWM modulator and output transistor areactivated, as shown in Figure 5(a). During normal operation (when the

17、output voltage is regulated) feedback control current supplies the VC supply current. The shunt regulator keeps VC at typically 5.7 V by shunting CONTROL pin feedback current exceeding the required DC supply current thro

18、ugh the PWM error signal sense resistor RE. The low dynamic impedance of</p><p>　　Pulse Width Modulator</p><p>　　The pulse width modulator implements a voltage-mode control loop by driving the o

19、utput MOSFET with a duty cycle inversely proportional to the current flowing into the CONTROL pin. The error signal across RE is filtered by an RC network with a typical corner frequency of 7 kHz to reduce the effect of

20、switching noise. The filtered error signal is compared with the internal oscillator sawtooth waveform to generate the duty cycle waveform. As the control current increases, the duty cycle decreases. </p><p>

21、　　consumption of the TOPSwitch independent of the error signal. Note that a minimum current must be driven into the CONTROL pin before the duty cycle begins to change.</p><p>　　Gate Driver</p><p&g

22、t;　　The gate driver is designed to turn the output MOSFET on at a controlled rate to minimize common-mode EMI. The gate drive current is trimmed for improved accuracy.</p><p>　　Error Amplifier</p><

23、;p>　　The shunt regulator can also perform the function of an error amplifier in primary feedback applications. The shunt regulator voltage is accurately derived from the temperature compensated bandgap reference. The

24、gain of the error amplifier is set by the CONTROL pin dynamic impedance. The CONTROL pin clamps external circuit signals to the VC voltage level. The CONTROL pin current in excess of the supply current is separated by th

25、e shunt regulator and flows through RE as the error signal</p><p>　　Cycle-By-Cycle Current Limit</p><p>　　The cycle by cycle peak drain current limit circuit uses the output MOSFET ON-resistance

26、 as a sense resistor. A current limit comparator compares the output MOSFET ON-state drain-source voltage, VDS(ON), with a threshold voltage. High drain current causes VDS(ON) to exceed the threshold voltage and turns th

27、e output MOSFET off until the start of the next clock cycle. The current limit comparator threshold voltage is temperature compensated to minimize variation of the effective peak current limit</p><p>　　Gener

28、al Circuit Operation</p><p>　　Primary Feedback Regulation</p><p>　　The circuit shown in Figure 7 is a simple 5 V, 5 W bias supply using the TOP200. This universal input flyback power supply empl

29、oys primary-side regulation from a transformer bias winding. This approach is best for low-cost applications requiring isolation and operation within a narrow range of load variation. Line and load regulation of ?5% or b

30、etter can be achieved from 10% to 100% of rated load. Voltage feedback is obtained from the transformer (T1) bias winding, which eliminates the need for </p><p>　　Simple Optocoupler Feedback</p><p

31、>　　The circuit shown in Figure 8 is a 7.5 V, 15 W secondary regulated flyback power supply using the TOP202 that will operate from 85 to 265 VAC input voltage. Improved output voltage accuracy and regulation over the

32、circuit of Figure 7 is achieved by using an optocoupler and secondary referenced Zener diode. The general operation of the power stage of this circuit is the same as that described for Figure 7. The input voltage is rect

33、ified and filtered by BR1 and C1. L2, C6 and C7 reduce conducted e</p><p>　　Accurate Optocoupler Feedback</p><p>　　The circuit shown in Figure 9 is a highly accurate, 15 V, 30 W secondaryregulat

34、ed flyback power supply that will operate from 85 to 265 VAC input voltage. A TL431 shunt regulator directly senses and accurately regulates the output voltage. The effective output voltage can be fine tuned by adjusting

35、 the resistor divider formed by R4 and R5. Other output voltages are possible by adjusting the transformer turns ratios as well as the divider ratio. The general operation of the input and power stages</p><p&g

36、t;<b>　　附錄B 漢語翻譯</b></p><p>　　TOPSwitch系列三端離線式PWM開關</p><p>　　TOPSwitch器件為三端單片開關電源, 是一種將PWM和MOSFET合二為一的新型集成芯片。與普通線性穩(wěn)壓電源相比其優(yōu)點為體積小、重量輕, 并且密度高、價格低; 采用它制作高頻開關電源, 不僅簡化了電路, 同時可以改善電源的電磁兼容性能,

37、 且降低了制作成本。</p><p>　　TOPSwitch系列（僅用三個引腳）實現(xiàn)了離線開關式控制系統(tǒng)所必需的所有功能：帶受控導通門驅動器的高壓N溝道功率MOSFET ；集成了100KHz振蕩器的電壓模式PWM控制器；高壓啟動偏置電路；基準電壓參考點；偏置并聯(lián)穩(wěn)壓器/誤差放大器 用于環(huán)路補償和故障保護電路。相比 離散的MOSFET和控制器或自振蕩（RCC）開關轉換器的解決方案，TOPSwitch集成電路可以降低

38、總成本，元件數(shù)量，尺寸，重量同時提高了效率和系統(tǒng)的可靠性。這些設備用于在0到100瓦（普通0到50瓦）范圍內提供100/110/230伏離線電源和在0到150瓦范圍提供230/277伏離線功率因數(shù)校正（PFC）功能。</p><p><b>　　圖1 典型應用</b></p><p><b>　　圖2 功能塊圖</b></p>&l

39、t;p><b>　　腳功能描引述</b></p><p><b>　　漏引腳</b></p><p>　　輸出MOSFET的漏極連接。在啟動過程中通過一個內置的開關高壓電流源提供內部偏置電流，內部電流檢測點。</p><p><b>　　控制引腳</b></p><p>

40、　　誤差放大器和用于工作周期控制的反饋電流輸入引腳 。內部并聯(lián)穩(wěn)壓器在正常運行期間提供內部 偏置電流。關斷觸發(fā)脈沖輸入。它也可以用來作為電源旁路和自動重新啟動/補償電容連接點。</p><p><b>　　源極引腳</b></p><p>　　MOSFET的電源輸出接點。一次側電路的公共點，能量回饋和參考點。</p><p><b>

41、　　圖3 管腳排列</b></p><p>　　TOPSwitch系列的功能描述</p><p>　　圖4 占空比與控制極引腳電流的關系</p><p>　　TOPSwitch是一個具有開漏輸出結構的自偏置和自我保護的線性頻寬電流控制器。 CMOS的使用和最大化的功能集成度使之更高效。相比雙極性或者離散解的方法CMOS極大地減小了偏置電流。它的集成性消

42、除了用于電流檢測和/或提供初始啟動偏置電流的外部功率電阻器如圖4所示，在正常運行期間，內部輸出MOSFET的占空比隨著控制極引腳電流的增大而呈線性減小。為了實現(xiàn)所有要求的控制、偏置和保護功能，漏極和控制極引腳都分別執(zhí)行如下所描述的功能。參見圖2 的方框圖和圖6 TOPSwitch集成電路的時間電壓波形圖。</p><p><b>　　控制電壓供應</b></p><p&g

43、t;　　控制引腳電壓VC 是控制器和驅動電路的電壓源或偏置電壓源。緊密聯(lián)系控制極和源極引腳的外部旁路電容是提供門驅動電流所必要的。</p><p>　　圖5 正常運行（a）和自動重啟（b）的初始階段波形</p><p>　　連接于此引腳的總電容（CT）同時也設置了自動重啟時間和控制回路補償。Vc被限定于兩種運行模式之一。 滯后調節(jié)用于初始啟動和過載運行。分流穩(wěn)壓器用于分散工作周期內來自于控

44、制電路的電源電流的誤差信號。在啟動時，VC電流來自于一個內在地連接于漏極和控制極引腳的高壓開關電流源。電流源)提供.足夠的電流以供應控制電路系統(tǒng)同時為外部總電容器（CT）充電。</p><p>　　TOPSwitch系列功能描述（續(xù)）</p><p>　　如圖5（a）所示， VC第一次達到上限值時，高壓電流源被關閉，同時PWM調節(jié)器和功率晶體管被激活。在正常運行期間（調節(jié)輸出電壓時）反饋控

45、制電流為VC提供電流。當控制引腳的反饋電流超過PWM誤差檢測電阻Re上的直流電流時，并聯(lián)穩(wěn)壓器通過分流使VC保持在5.7伏。當用于初級反饋結構時,這個引腳的低動態(tài)阻抗（ZC）設定誤差信號放大器的增益?？刂茦O引腳的動態(tài)阻抗連同外部電阻和電容共同決定了電源系統(tǒng)的控制環(huán)路補償。當控制極引腳的外部電容（CT）需要放電到下限值時，功率MOSFET會關閉并且控制電路會置于低電流的待機模式。高壓電流源開啟，并再次為外部電容充電。如圖6，充電電流顯示為

46、正極性，放電電流顯示為負極性。如圖5（b）所示，遲滯自動重啟比較器通過開啟和關閉高壓電流源，將VC限定在4.7到5.7伏的范圍內。自動重啟電路有一個8位分頻計數(shù)器，這個分頻計數(shù)器可以防止功率MOSFET在8個充放電周期完成前再次開啟。通過縮短自動重啟周期至原來的5%，這個計數(shù)器有效的降低了TOPSwitch的功耗。自動重啟不斷循環(huán)，直到再次出現(xiàn)輸出電壓調節(jié)。</p><p><b>　　脈寬調制器<

47、;/b></p><p>　　脈寬調制器用一個工作周期（與流經控制極引腳的電流成反比）驅動功率MOSFET實現(xiàn)了電壓型控制環(huán)路。通過電阻Re的誤差信號被Rc網(wǎng)路以7kHz的角頻率過濾掉，從而降低了開關噪聲的影響。過濾后的誤差信號與內部振蕩器的鋸齒型電壓相比較，來產生工作周期的電壓波形。工作周期的占空比隨著控制電流的增大而降低。來自于振蕩器的時鐘信號設定了一個開啟功率MOSFET的鎖存信號。脈寬調制器關閉功率

48、MOSFET時，重新設定鎖存信號。最大占空比則是由內部震蕩器的對稱性決定的。脈寬調制器有一個最小的作用時間以保持TOPSwitch的電流消耗獨立于誤差信號。注意，當占空比改變前最小電流必須到達控制極引腳。</p><p><b>　　柵極驅動器</b></p><p>　　柵極驅動器設計目的是，用一個可控速率開啟功率MOSFET以盡量減少共模電磁干擾。柵極驅動電流經整

49、定以提高其精確性。</p><p><b>　　誤差放大器</b></p><p>　　在初級反饋應用中，并聯(lián)穩(wěn)壓器也可以起誤差放大器的作用。并聯(lián)穩(wěn)壓器電壓只來自于溫度補償?shù)膸痘鶞孰妷?。誤差信號放大器的增益由控制及引腳的動態(tài)電阻決定?？刂茦O引腳夾外部電路向Vc發(fā)出電壓等級信號。當控制極引腳電流超過電流源電流時，將被并聯(lián)穩(wěn)壓器分流并作為誤差信號流經Re。</p&

50、gt;<p><b>　　逐周期電流限制</b></p><p>　　出現(xiàn)周期性峰值的漏極限流電路使用功率MOSFET的導通電阻作為檢測電流。電流限幅儀將功率MOSFET的通態(tài)漏極源電壓VD（ON）與臨界電壓相比較。過高的漏極電流會使VDS(ON)超過臨界電壓，并關閉功率MOSFET直到下一個時鐘周期的開始。由于溫度的變化而導致的功率MOSFET RD(ON)的變化，而RD(O

51、N)的變化會引起有效峰值電流的波動。電流限幅儀的臨界電壓正是減弱這種波動的溫度補償。前沿閘電路會在功率MOSFET開啟后較短的時間內對電流限幅儀加以限制。對前沿截止時間提前設定，這樣由初級側電容和次級側整流器的反向恢復時間引起的電流脈沖尖波將不會使開關脈沖過早終止。</p><p><b>　　關斷/自動重啟</b></p><p>　　為了盡量降低TOPSwitch

52、的功率損耗，當失控狀態(tài)持續(xù)存在的話，關斷/重啟電路將會以20倍于正常狀態(tài)的頻率通斷電源供應。失控狀態(tài)將中斷外部電流流經控制極引腳。如上所述，VC的調節(jié)將由分流模式轉變?yōu)闇笞詣又貑⒛Ｊ?。當故障狀態(tài)清除以后，電源輸出轉為可控，VC調節(jié)恢復分流模式，電源恢復正常運行。</p><p><b>　　閉鎖關斷</b></p><p>　　輸出過電壓保護被控制極引腳的強電流脈沖

53、激活。鎖存器一旦設定以后，它將會關閉TOPSwitch的輸出。通過清除和重新儲存輸入能量來激活上電復位電路，或者瞬時將控制極引腳電流降到上電復位的臨界值以下，同時將TOPSwitch置于正常運行狀態(tài)下。當電源被鎖定以后,VC將被控制在滯后模式。</p><p><b>　　過熱保護</b></p><p>　　熱保護由一個精準的模擬電路來提供,此電路將在節(jié)點溫度超過熱

54、關斷溫度值(一般為145攝氏度)的時候關閉MOSFET。通過清除和重新儲存輸入能量來激活上電復位電路，或者瞬時將控制極引腳電流降到上電復位的臨界值以下，同時將TOPSwitch置于正常運行狀態(tài)下。當電源被鎖定以后,VC將被置于滯后模式。</p><p><b>　　高壓偏置電流源</b></p><p>　　在啟動或者之后運行時,這個電流源使TOPSwitch偏離漏極

55、引腳,并為控制極引腳連接的外部電容(CT)充電。滯后運行出現(xiàn)在自動重啟和閉鎖關斷的時候。這個電流源以有效周期大約35%的時間開斷。這個工作周期由控制引腳的沖電電流(IC)和放電電流(ICD1和ICD2)的比率來決定。當功率MOSFET切換的時候，這個電流源會在正常運行時關斷。</p><p>　　圖6 正常運行(1)、自動重啟(2)、閉鎖關斷(3)和掉電重啟(4)的典型波形</p><p&g

56、t;<b>　　電路工作介紹</b></p><p><b>　　初級反饋調節(jié)</b></p><p>　　圖7所示電路是一個簡單的5伏、5瓦的偏置電源，用于TOP200。這個通用反饋輸入電源采用來自變壓器偏置繞組的初級端調節(jié)。此方法最適于在絕緣要求低和運行負載變化范圍窄的情況下的應用。在負載為額定載的10% 到 100%之間時，電源負載調節(jié)達&

57、#177;5%或者更精確是能夠達到的。電壓反饋從變壓器（T1）的偏置繞組獲得，這樣就不再需要光耦合器和次級誤差放大器了。高壓電流加到T1的一次繞組上。變壓器一次側的另一邊由TOP200 里集成的高壓MOSFET晶體管（U1）驅動。TOP200的內部振蕩器規(guī)定了電路以100kHz的轉換速度運行。鉗位電路由VR1實現(xiàn)，D1則將由變壓器漏電感引起的前沿電壓尖峰限制在一個安全值上。二次繞組經D2、C2、C3、L1整流和濾波來產生5伏的輸出電壓。

58、T1偏置繞組的輸出電壓經過了D3、R1和C5的整流和濾波。C5上的電壓由U1來控制，并且由U1控制引腳的5.7伏內置并聯(lián)穩(wěn)壓器決定。當C5上的整流偏置電壓開始超過并聯(lián)穩(wěn)壓器的電壓時，電流將會流入控制引腳。在達到穩(wěn)定工作點之前，不斷增長的控制引腳電流會縮短工作周期。輸出電壓和偏置電壓成正比，比例由輸出線圈和偏置繞組的變比確定。C5</p><p>　　參看表DN-8，獲取更多有關TOP200在偏置電源方面應用的信息

59、。</p><p>　　圖7 基于TOP200的包含最少元件的5伏、5瓦偏置電源原理圖</p><p>　　圖8 基于TOP202和簡單光耦合器反饋的15瓦通用輸入電源原理圖</p><p><b>　　簡單光耦反饋</b></p><p>　　圖8所示電路時一個7.5伏、15瓦的二級調節(jié)回掃電源，該電源實用的TOP

60、202運行于85到265伏的交流電壓下。通過實用光耦合器和次級穩(wěn)壓二極管改良了輸出電壓精度和圖7所示電路的控制。此電路通常的運行電壓等級和圖7中所描述的一樣。輸入電壓經過了BR1和C1的整流和濾波。L2、C6和C7降低了發(fā)射電流。偏置繞組經D3和C4的整流和濾波產生了11伏的額定偏置電壓。穩(wěn)壓二極管（VR2）電壓和光耦合器中LED的前向電壓共同決定了輸出電壓。R1、光耦合電流傳輸比和TOPSwitch控制電流工作周期傳遞函數(shù)設定了直流控

61、制回路增益。C5和控制引腳的動態(tài)阻抗以及電容的等效串聯(lián)電阻值建立了一個控制回路零點。當電流過低時，R2和VR2提供小負荷電流。參看DN-11，以獲得更多有關TOP202在低耗、15瓦通用電源方面應用的信息。</p><p><b>　　精確光耦反饋</b></p><p>　　圖9所示電路是一個高精度、15伏、30瓦的二次調節(jié)回掃電源，該電源工作在85到265伏的交流

62、電壓下。一個TL431并聯(lián)穩(wěn)壓器直接檢測并精確調節(jié)輸出電壓。通過調整由R4和R5組成的電阻分割器，能夠對有效輸出電壓進行微調。其它輸出電壓可以通過調整變壓器的變比和分壓器的分壓比來進行調整。這個電路的一般的輸入運行周期和電壓等級和圖7和圖8中所描述的一樣。R3和C5調節(jié)頻率響應。TL431（U2）通過控制光耦合器LED的電流（和TOPSwitch的占空比）調節(jié)輸出電壓，以維持TL431輸入引腳的平均電壓在2.5伏。R4和R5組成的電阻分