PWM 开关调整器及其应用电路_瑞达电器资料网,华玉生活

摘要：PWM 开关调整器在单片或同一封装中，含有控制电路和高压功率开关MOSFET 。本文重点介绍PWM 开

关调整器的典型应用电路。

关键词：PWM 与功率MOSFET 组合调整器应用电路

一、概述

进入20 世纪90 年代以来，全球开关型电源（SMPS）的年产量突破了10 亿台。在SMPS 中，200W 以下的中、低功率产品占90％左右。

小型化、模块化、轻量化、绿色化、高效率和高可靠性，是新型SMPS 的主要特征。SMPS 的设计涉及到电气工程的许多方面，诸如EMC 、PFC 、热学、尺寸、重量、成本和可靠性等。微电子技术日新月异的发展，为工程技术人员简化SMPS 的设计提供了有效手段。近几年来，世界一些著名的半导体制造商，竞相推出PWM 开关调整器，除较大的电容和磁性元件外将各种功能的器件都集成到单片IC 中或将功能完善、性能先进的PWM控制器与高压开关MOSFET 封装在一起，从而有效地减少了SMPS 设计工作量，使线路更加简单紧凑，大大地提高了SMPS 的可靠性和性能价格比。

二、主要特征及优点

不论是哪一个公司生产的，也不论是什么型号的PWM 开关调整器，尽管其内部结构和电气特性不同，但都具有以下几方面的特征和优点：

1 　集PWM 控制器与高压功率开关（MOSFET）于一体，引脚数量大为减少。

在PWM 开关调整器内部结构组成上，分两种类型：一种是功率低一些的产品，其PWM 控制器和功率MOSFET 集成在同一个芯片上;另一种则是将PWM 控制器与MOSFET 通过隔离置于同一封装中。PWM 开关调整器的引脚一般仅为3～5 个，有的虽然采用8 脚或16 脚封装，但其中有些引脚悬空或接地，从而使SMPS 的印刷电路板（PCB）设计简化，面积减小。例如某公司生产的智能电源开关（SmartPowerSwitch，缩写为SPS）其内部结构如图1 所示。SPS 内装有性能先进的PWM 控制器和带有电流检测功能的开关MOSFET（SENSFET），3A／800V 的器件采用4 脚TO－220F 封装，6A 、8A／800V 的采用5 脚TO－3P 封装，10A／800V 的采用5 脚TO－3PL 封装。

2 　将PWM 控制器和功率MOSFET 的外围元件尽可能地集成到PWM 开关调整器中，使周围元件至少减少50％～70％。从而大大地减小了PCB 的尺寸和SMPS 的成本。

图2 为PWM 开关调整器节省外围元件的示意图。图2(a)示出的是SPS 将MOSFET 的栅极驱动网络（Ron 和Roff 与高速开关二极管1N4148 组成加速电路）及800V 的功率MOSFET 源极电流检测电阻RS 均集成到控制IC 上。图2(b)显示出SPS 可以节省MOSFET 栅极钳位齐纳二极管，并使栅极驱动电流独立于工作电源VCC 之外，在开关损耗与EMI 之间实现了最优化折衷和比较理想的栅极驱动。SPS 前沿消隐（LEB）电路可以省略外部低通滤波器元件（Rr 、Cr），并使开通时间最小化，不会引起电流检测失真，如图2

（c）所示。大多数PWM 都可以省略振荡器定时元件，如图2(d)所示。像TOPSwitch，集PWM 控制器和MOSFET 于一体的PWM 开关调整器，还可以节省PWMIC 的一个电源（Vcc）、电路中的起动电阻、辅助绕组及整流二极管和滤波电容等元件，如图2(e)所示。

此外，多数PWM 开关调整器还将软起动等元件集成化。

3 　完善的保护功能，大大提高了SMPS 的可靠性。

所有PWM 开关调整器，都采用电流模式控制，具有完善的保护功能，诸如：输入欠压保护；过载保护；过电压保护，过热保护等。

4 　起动电流小，在待机状态下实现了低功耗。多数PWM 开关的起动电流仅数百μ A，在猝发模式工作时，系统总功耗低于1W 。

5 　除部分TOPSwitch－I 系列IC 只适用于100Vac（日本）和115Vac(美国)外，其它PWM 开关调整器能使SMPS 的AC 输入电压范围在85～265V，适用于全球（包括中国220Vac 和欧洲230Vac）的工频电源，而不需要选择开关。

6 　价格低廉，高性能价格比。目前PWM 开关的单价仅约0.5～2 美元，具有很高的性能价格比。

三、代表性产品及其应用

近几年来，世界一些著名的半导体厂商都瞄准了PWM 开关调整器巨大的显在和潜在市场，竞相推出各具特色的系列产品。下面重点对近期研制具有代表性的PWM 开关作一简单介绍。

1 　TOPSwitch－Ⅱ系列PWM 开关

TOPSwitch－Ⅱ是PowerIntegration 公司于1997 年推出的第二代三端离线式PWM 开关（Three－terminaloff－linePWMSwitch），型号有TOP221～TOP227 。

图3 为TOP227Y 在150WPC 主电源中的应用电路。该SMPS 的AC 输入电压为100／115V 和220／230V 。S1 是转换开关，C11 、R9 、D1 和VR1～VR3 为变压器T1 提供复位电压，并对在TOP227Y 关断时变压器漏感产生的前沿电压尖峰起箝位作用。SMPS 的DC 输出电压经R4 、R5 电压分配器采样，并通过IC3（TL431）和光耦合器IC2 反馈至TOP227Y 的控制脚（C），以调节开关占空比。T1 选用EI 或EE 磁心，LNp=500～1200 μ H，一次、二次绕组匝数比Np∶Ns=[Ui(min)/Uo ]×[Dmax/(1－Dmax)]。其中，最大占空比Dmax 一般取50％。

2.西门子公司生产的SPH4692 及CoolSETTM 系列PWM 开关SPH4692 采用P－DIP－18－4 封装，内含TDA4605－3 型SMPSIC 和600V 、2A 的BUZ92 型MOSFET,内部功能如图4(a)所示。SPH4692 在二次侧开路或短路条件下履行突发操作，提供过载保护，

同时具有过热（设定点为150 ℃）保护功能。

SPH4692 芯片上的振铃抑制电路，可以有效地抑制变压器寄生振荡。由SPH4692 组成的25WSMPS 电路如图4(b)所示。图中，R1 是SPH4692 脚16（Vcc）的起动电阻，C8 是IC 脚17 的软起动电容，IC 脚3 用作一次侧电压检测，脚2 为一次侧电流模拟输入，脚18 用作过零检测，脚1 用作电压调整。SMPS 的谐振频率主要由电容C3 和一次侧电感（Ln2）决定。

3.三星生产的电源开关SPS

图5 为用三星公司生产的KA2S0680 型SPS 作为PWM 开关的15 寸彩色显示器电路。该SMPS 的AC 输入电压范围是85～265V，最大输出功率80W，效率为70％，工作频率为31～64kHz 。

4.ST 公司生产的PWM 开关VIPer50/VIPer100 是ST 公司于1997 年7 月推出的集先进的PWM 电路和优化的高压纵向MOSFET 于一体的PWM 开关。具有突发模式操作功能，在不加额外元件的情况下，可实现待机状态下的起

图3150WPC 主电源电路

图4SPH4692 内部结构及由其组成的25WSMPS 电路

图5 用KA2S0680 作为PWM 开关的15 寸彩色显示器电路

动。在85～270V 的AC 输入电压下，器件的最大输出功率为50W 。180～270V 电压在欧洲和中国市电电压范围内，最大输出功率为100W 。

L6590 是ST 公司于1999 年2 月推出的一种完全集成的PWM 开关。在芯片上集成了PWM 控制器700V 的功率MOSFET，L6590 的内部振荡器固定工作频率为100kHz，最大输出功率为15W 。IC 的保护功能包括电流限制、输出过电压保护及热关闭等。在轻载条件下，L6590 可自动将工作频率从100kHz 减至25kHz，从而提高了SMPS 的效率。

L6590 的主要应用包括：监视器、FAX 、TV 、激光打印机、桌上服务器等；AC－DC 适配器；高压DC／DC 变换器及线卡（Linecard）应用等。L6590 典型应用拓朴如图6 所示。