top264-271系列芯片隔离开关电源设计.pdf

TOP264-271 TOPSwitch-JX产品系列 January 2010 采用EcoSmart ®节能技术、可设计高效率电源 的集成离线式开关IC ® 产品特色 EcoSmart® - Energy Effi cient • 在整个负载范围内均具有极高的能效 • 在265 VAC输入时空载功耗低于100 mW • 在230 VAC输入时输入功率为1 W时，待机输出功率高达750 mW 提高设计灵活性，降低系统成本 • 采用多模式PWM控制技术，可充分提高所有负载条件下的效率 • 132 kHz工作频率可减小变压器及电源的尺寸 • 提供66 kHz频率选项，可满足最高效率要求 • 可实现精确的流限编程 • 经优化的线电压前馈可抑制线电压纹波 • 频率调制技术降低了EMI滤波元件的成本 • 完全集成的软启动电路降低了器件的启动应力 • 采用额定值725 V的功率MOSFET • 简化设计，轻松满足降额要求 全面保护功能 • 自动重启动可在过载故障期间将输出功率限制在3%以下 • 输出短路保护(SCP) • 输出过流保护(OCP) • 输出过载保护(OPP) • 输出过压保护(OVP) • 用户可执行迟滞/锁存关断编程 • 简单快速的AC复位 • 初级侧或次级侧检测 • 输入欠压(UV)检测可以防止关机时输出的不良波动 • 输入过压(OV)关断提高了对输入浪涌的耐受力 • 迟滞值较大，可实现精确的热关断(OTP) 高级封装选项 图 1. 典型的反激式应用 • eDIP™-12 封装： • 薄型水平放置的特点适合超薄设计 • 可将热传导至PCB和散热片 • 可加装一个散热片，提供相当于一个TO-220封装的热阻抗 • eSIP®-7C 封装： • 立式封装的特点可缩小PCB占用面积 • 可通过夹片快速安装散热片，提供相当于一个TO-220封装 的热阻抗 • 增大了到漏极引脚的爬电距离 • 散热片与源极相连，从而降低了EMI 说明 TOPSwitch-JX以经济高效的方式将一个725 V的功率MOSFET、 高压开关电流源、多模式PWM控制器、振荡器、热关断保护电 路、故障保护电路及其他控制电路集成在一个单片器件内。

PI-5578-090309 AC IN DC OUT D S C TOPSwitch-JX CONTROL V + - FX 表 1. 输出功率表 注释： 1. 详细信息请参见“主要应用指南”部分 2. 最小连续输出功率是在典型的无风冷密闭适配器中、环境温度为+50 °C的条件下测量得到的 3. 最小连续输出功率是在敞开式设计中，环境温度为+50 °C的条件下测量得到的 4. 230 VAC或110/115 VAC倍压整流 5. 封装：E：eSIP-7C；V：eDIP-12请参见元件订购信息 输出功率表 PCB铺铜区域1金属散热片1 产品5 230 VAC ±15%485-265 VAC 产品5 230 VAC ±15% 485-265 VAC 适配器2敞开式3适配器2敞开式3适配器2敞开式3适配器2敞开式3 TOP264VG21 W34 W12 W22.5 WTOP264EG/VG30 W62 W20 W43 W TOP265VG22.5 W36 W15 W25 WTOP265EG/VG40 W81 W26 W57 W TOP266VG24 W39 W17 W28.5 WTOP266EG/VG60 W119 W40 W86 W TOP267VG27.5 W44 W19 W32 WTOP267EG/VG85 W137 W55 W103 W TOP268VG30 W48 W21.5 W36 WTOP268EG/VG105 W148 W70 W112 W TOP269VG32 W51 W22.5 W37.5 WTOP269EG/VG128 W162 W80 W120 W TOP270VG34 W55 W24.5 W41 WTOP270EG/VG147 W190 W93 W140 W TOP271VG36 W59 W26 W43 WTOP271EG/VG177 W244 W118 W177 W 版本B 01/10 2 TOP264-271 目录 功能结构图 . 3 引脚功能描述 . 3 TOP264-271功能描述 .4 控制(C)引脚工作 5 振荡器和开关频率 .5 脉宽调制器 5 最大占空比 6 误差放大器 6 可外部编程的片内流限 6 输入欠压检测(UV) 6 线电压过压关断(OV) 7 迟滞型或锁存型输出过压保护(OVP) 7 降低DCMAX 的线电压前馈 .8 远程开/关 8 软启动 .9 关断/自动重启动（适用于OCP、SCP及OPP） .9 迟滞过热锁存保护(OTP) 10 带隙基准 .10 高压偏置电流源 .10 频率(F)引脚的典型应用 .12 电压监测(V)和外部流限(X)引脚的典型使用方法 13 应用范例 .15 低空载功耗、高效率的65 W通用输入适配器电源 .15 极低空载功耗、高效率的30 W通用输入敞开式电源 17 主要应用指南 18 TOPSwitch-JX与TOPSwitch-HX比较 18 TOP264-271设计指南 .18 TOP264-271布板指南 .20 快速设计校验 21 设计工具 .21 产品规格和测试条件 .23 典型性能特性 30 封装概要 .34 元件订购信息 35 版本A 01/10 3 TOP264-271 图 2. 功能结构框图（E和V封装） PI-4511-012810 SHUTDOWN/ AUTO-RESTART CLOCK CONTROLLED TURN-ON GATE DRIVER CURRENT LIMIT COMPARATOR INTERNAL UV COMPARATOR INTERNAL SUPPLY 5.8 V 4.8 V SOURCE (S) SOURCE (S) S R Q DMAX STOP SOFT START CONTROL (C) VOLTAGE MONITOR (V) FREQUENCY (F) - +5.8 V IFB 1 V ZC VC + - + - + - LEADING EDGE BLANKING ÷ 16 1 HYSTERETIC THERMAL SHUTDOWN SHUNT REGULATOR/ ERROR AMPLIFIER + - DRAIN (D) ON/OFF DCMAX DCMAX 66k/132k 0 OV/ UV OVPV VI (LIMIT) CURRENT LIMIT ADJUST VBG + VT LINE SENSE SOFT START OFF F REDUCTION F REDUCTION STOP LOGIC EXTERNAL CURRENT LIMIT (X) OSCILLATOR WITH JITTER PWM KPS(UPPER) KPS(LOWER) SOFT START IFB IPS(UPPER) IPS(LOWER) KPS(UPPER) KPS(LOWER) 引脚功能描述 漏极(D)引脚： 高压功率MOSFET漏极引脚。

通过内部的开关高压电流源提供 启动偏置电流漏极电流的内部流限检测点漏极电流的内部 流限检测点 控制(C)引脚： 误差放大器及反馈电流的输入脚，用于占空比控制与内部并 联调整器相连接，提供正常工作时的内部偏置电流也用作电 源旁路和自动重启动/补偿电容的连接点 外部流限(X)引脚： 用于外部流限调节、远程开/关控制及器件复位的输入引脚 连接至源极引脚则禁用此引脚的所有功能 电压监测(V)引脚： 用于过压(OV)、欠压(UV)、降低DCMAX的线电压前馈、输出过压 保护(OVP)和远程开/关控制的输入引脚连接至源极引脚则禁用 此引脚的所有功能 频率(F)引脚： 选择输入引脚：如果连接到源极引脚则开关频率为132 kHz，连 接到控制引脚则开关频率为66 kHz 源极(S)引脚： 这个引脚是输出MOSFET的源极连接点，用于高压功率的回路 它也是初级控制电路的公共点及参考点 无连接(NC)引脚： 内部不相连的浮动电位引脚 图 3. 引脚配置（顶视图） PI-5568-083109 Exposed Pad (Hidden) Internally Connected to SOURCE Pin 7 D 5 S 4 F 3 C 2 X 1 V E Package (eSIP-7C)V Package (eDIP-12) 1 V 2 X 3 C 4 F 5 NC 6 D S 12 S 11 S 10 S 9 S 8 S 7 版本B 01/10 4 TOP264-271 PI-5665-110609 Duty Cycle (%) Drain Peak Current To Current Limit Ratio (%) Frequency (kHz) CONTROL Current CONTROL Current CONTROL Current ICOFFIC03IC02 IC01 IB ICD1 100 78 55 25 132 66 30 Slope = PWM Gain Auto-Restart Variable Frequency Mode Low Frequency Mode Multi-Cycle Modulation Jitter Full Frequency Mode TOP264-271 功能描述 与TOPSwitch-HX类似，TOP264-271也是一款集成式开关电源 芯片，能将控制引脚输入电流转化为高压功率MOSFET开关输 出的占空比。

在正常工作情况下，功率MOSFET的占空比随控 制引脚电流的增大而线性减少，如图5所示 TOP264-271除了同三端TOPSwitch一样，具有高压启动、逐周 期电流限制、环路补偿电路、自动重启动、热关断等特性外， 还综合了多项能降低系统成本、提高电源性能和设计灵活性的 附加功能此外，TOP264-271采用了专利高压CMOS技术，能 以高成本效益的方式将高压功率MOSFET和所有低压控制电路 集成到一个单片集成电路中 TOP264-271使用频率、电压监测和外部流限三个端子来实现一 些新的功能将如上引脚与源极引脚连接时，TOP264-271以类 似TOPSwitch的三端模式工作然而，即使在此种模式下， TOP264-271仍能实现如下多项功能而无需其他外围元件： 1. 完全集成的17 ms软启动，通过从低到高扫描限流点和频率以 限制启动时的峰值电流和电压，可以显著降低或消除大多数 应用中的输出过冲 2. 最大占空比(DCMAX)可达78%，允许使用更小的输入存储电 容，所需输入电压更低或具备更大输出功率能力 3. 采用多模式工作，可以优化和提高整个负载范围内的电源效 率，同时保持多路输出电源中良好的交叉稳压精度。

4. 采用132 kHz的开关频率，可减少变压器尺寸，并对EMI没有 显著影响 5. 频率调制降低了高负载时全频模式下的EMI 6. 锁存过热关断可确保实现热故障保护 7. 采用缺省引脚及引线的封装，可提供更大的漏极爬电距离 8. 降低自动重启占空比和频率可以增强在开环故障、短路或电 压失调状况下对电源和负载的保护能力 9. 功率系数(I2f)、限流点降低、PWM增益和热关断阈值的容差更 为严格 电压监测(V)引脚通常用于线电压检测，通过一个4 MΩ电阻与经 整流的高压直流总线连接，能设定过压(OV)/欠压(UV)和降 低DCMAX的双斜率线电压前馈在此模式之下，电阻值确定 OV/UV的阈值，且DCMAX开始呈双斜率线性减少，提高了线电压 纹波抑制此外，它还提供其它阈值来设。