单片开关电源的工作原理及效率研究(Topswitch系列芯片)
本文通过分析单片开关电源的工作原理和影响其效率的主要因素，提出了提高单片开关电源效率的主要方法，指出了正确确定初、次级电路元件，正确设计高频变压器并使其具有高质量指标是其关键因素。本文的分析及结论可用于指导高效单片开关电源的设计。
近20多年来，集成开关电源一直在沿着两个方向不断发展。第一是对开关电源的核心单元——控制电路实现集成化。第二个方向则是对中、小功率开关电源实现单片集成化。单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简单的外围电路、最佳的性能指标、能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源等优点。目前已成为国际上开发中、小功率开关电源、精密开关电源、特种开关电源及电源模块的优选集成电路。目前，单片开关电源已形成了几十个系列、数百种产品。然而开关效率始终是一个众人关注的问题。本文就此问题提出了一点自己的看法。 1Topswitch芯片在开关电源中的应用70年代以来，电源产品掀起了一波高频化、小型化、模块化的浪潮。从而有力地促进了单片开关电源的发展。对于200W以下的开关电源，与其他电路相比，应用Topswitch系列器件的电路相对简捷，体积小，重量轻，自保护功能齐全，设计方便。另外，TOPSwitch器件不必另设散热器，也节省了成本。其内部的PWM控制器和MOSFET功率开关管是在管壳内连接的，连线极短，这就消除了高频辐射，改善了电源的电磁兼容性能，减小了器件对电路板布局和输入总线的瞬变要求。
TOPSwitch-Ⅱ是TOPSwitch的改进型号，与第一代产品相比，该器件在性能上有了很大改进。它将单电压输入时的最大功率从100W提高到150W，电磁兼容性也得到了增强，而且具有更高的性能价格比，并使电源的体积和重量大为减小。由于它是将700 V的功率MOSFET、晶振、高压开关电流源、限流和热关断电路集成于一体，并以其突破性的设计提供了一种高效率开关电源的设计方案，因而是具有偏置和自保护、电流线性占空比的变换器，该器件采用漏极开路输出。
第三代TOPSwitch-FX系列是一种五端单片开关电源集成电路，它采用了“跳过周期”等新技术。如果开关电源的负载非常轻，以至于开关电源在最小占空比(Dmin=1.5%)之下所提供的输出功率仍然超过负载功耗时，TOPSwitch—FX就采用跳过周期的工作方式来进一步降低输出功率，同时提高轻载时电压的稳定性。此方式可等效为先将占空比固定在1.5%(或更低值)上，然后用脉冲频率调制(PFM)方式调节轻载时的U0值。这样，根据负载的变化情况，开关电源能在正常工作和跳过周期方式之间自动转换，而无须其它控制。如不需要跳过周期，可在电源输出端接上最小负载RLmin，并使D大于Dmin为1.5%的占空比。采用跳过周期模式不仅能获得极低的输出功率，而且还能减小
