【例1-5】 30W/12V输出开关电源电路二

图1-5所示电路利用了TOPSwitch-GX器件的一些特性来降低系统成本，减小电源尺寸，提高效率，可提供12V、30W输出，采用通用的85～265V交流输入，在50℃环境下可以在开放式模式下工作，设计中选择TOP244Y时满载额定效率可达80%。

图1-5 30W/12V输出开关电源电路二

在图1-5所示电路中，通过电阻Rl和R2可从外部设置TOPSwitch-GX的限流值，使其仅略高于低电压工作时的漏极峰值电流，约为默认限流值的70%。因此，对设定的输出电压，可以采用更小的变压器磁芯和更高的变压器初级电感，以降低TOPSwitch-GX器件功耗，同时避免启动和输出瞬态情况下变压器磁芯出现饱和。

电阻Rl和R2提供电压前馈信号，使限流可随电压而降低，从而限定在高输入电压时的最大过载功率。前馈功能与内置的软启动功能相结合，可以使用高的反射电压、低成本的RCD钳位电路（R3、C3和VD1），即使在最差条件下也可将TOPSwitch-GX器件的漏极电压限定在安全范围内。电阻R4实现电压检测，将UV设定为100V DC，OV设定为450V DC。TOPSwitch-GX器件增大了最大占空比（确保至少75%，而TOPSwitch-Ⅱ为64%），因而可以使用更小的输入电容(C1)。

TOPSwitch-GX器件采用RCD钳位电路后，最大占空比可更大，反射电压更高，因而T1可以使用较高的初次级匝数比，以降低次级整流管VD8上的峰值反向电压。因此，15V以下输出电压可使用肖特基二极管，能极大地改善电源效率。TOPSwitch-GX器件的频率降低特性使电源在空载调节时无须假负载，降低了电源的空载、待机功耗，频率调制特性可更好地使EMI符合CISPR-22(FCCB)标准。

电路采用简单的齐纳检测电路可降低电路成本，输出电压稳压由齐纳二极管(VR2)电压及光电耦合器 (U2)和电阻R6上的压降决定，电阻R8为齐纳二极管提供偏置电流，稳压精度可达到±5%。

输入电容应能提供TOPSwitch-GX系列器件所需的最小直流电压，以保持最低额定输入电压和最大输出功率条件下电压受控。由于TOPSwitch-GX的Dmax比TOPSwitch-Ⅱ的高，它可以使用更小的输入电容。对TOPSwitch-GX而言，只要变压器设计得当，通用输入的电容通常只需2μF/W。

初级钳位电路限制TOPSwitch-GX器件的峰值漏源极电压，齐纳钳位所需元件数少，占用电路板面积也较小。为提高效率，钳位用的齐纳管电压至少应是输出反射电压的1.5倍，以缩短漏电尖峰传导时间。在通用输入应用中，使用齐纳钳位VOR的值最好小于135V，以实现齐纳二极管的绝对误差和温差，也可以保证钳位电路高效工作。

设计中要充分发挥TOPSwitch-GX器件的Dmax范围更宽的优势，VOR必须更高。RCD钳位电路比齐纳钳位电路的钳位电压误差更严格，VOR可达150V。通过将外部限流可将RCD钳位电路的损耗降至最低。RCD钳位电路比齐纳钳位电路的效率更高，但需要优化钳位电路的设计。

输出二极管的选择由峰值反向电压、输出电流和应用的热条件（包括热吸收、空气流通等）来确定，TOPSwitch-GX器件的Dmax较高，若变压器匝数比设计适当，在高达15V的输出电压上可使用60V肖特基二极管，以获得更高效率。

电路接通时，TOPSwitch-GX器件内软启动电路在10ms内使占空比从零线性增大到Dmax，同时，初级限流从85%上升至100%。这使得输出电压依次上升，为反馈回路控制占空比提供时间。这不仅降低了TOPSwitch-GX器件内部MOSFET、钳位电路和输出二极管的峰值电流或电压，也有助于防止在启动期间变压器过饱和。在软启动的同时还能限制输出电压过冲的幅值，在大多数应用中都无须软启动电容。

开关电源频率调制特性是将开关频率调制在狭窄的波段内，从而降低与基本开关频率的各次谐波相关的EMI峰值。此特性对均值检测模式特别有利，频率偏离越大，开关谐波阶次越高，频率抖动功能的益处就越明显。TOPSwitch-GX的开关频率可以通过频率(F)引脚选为132kHz或66kHz。某些应用为了降低高频辐射噪声，漏极节点需要较大的缓冲电路（如VCR、DVD、显示屏、电视机等），这时选择66kHz工作频率可以降低缓冲电路损耗，提高效率。同样，在变压器尺寸要求不严的应用中，选择66kHz也能降低EMI，提高效率。因66kHz的二次谐波低于150kHz，而频率在150kHz以上时EMI指标要求会严格得多。对10W以下应用，用简单的电感就可以满足各种关于EMI的限制条件，而无须设置交流输入共模电感。

变压器的工作磁通密度最好不超过3000Gs（高斯），最大限流时的峰值磁通密度不超过4200Gs（高斯）。匝数比的选择应能满足反射电压(VOR)在使用齐纳钳位电路时不超过135V，使用前馈电压降低限流（过载保护）的RCD钳位电路时不超过150V（最大）。

如果设计的工作电流远远低于限流值，最好用接近峰值工作电流的外部限流，以降低峰值磁通密度和峰值功率。在大多数应用中，TOPSwitch-GX器件比TOPSwitch-Ⅱ器件具有更严格的限流误差、更高的开关频率和特有的软启动特性，这些都有助于减小变压器尺寸。

频率降低特性能显著降低轻载或空载功耗，特别是使用齐纳钳位电路时。如果次级功耗很低，也可以使用TL431来控制反馈。另外，开关频率从正常时的132kHz降至轻载条件下的66kHz，也能显著降低开关损耗。