中心議題：

• 集成開關電源的發展簡況
• TOPSwitch-11係列三端單片開關電源介紹
• TinySwitch係列四端開關電源介紹
• MC33370係列五端單片開關電源

單片開關電源集成電路具有高集成度、高性價比

、最簡外圍電路、最佳性能指標
、能構成高效率無工頻變壓器的隔離式開關電源等優點。它於90年代中、後期相繼問世後，便顯示出強大的生命力
，目前它成為國際上開發中

、小功率開關電源、精(jing)密(mi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)及(ji)電(dian)源(yuan)模(mo)塊(kuai)的(de)優(you)選(xuan)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)。由(you)它(ta)構(gou)成(cheng)的(de)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)，在(zai)成(cheng)本(ben)上(shang)與(yu)同(tong)等(deng)功(gong)率(lv)的(de)線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)電(dian)源(yuan)相(xiang)當(dang)，而(er)電(dian)源(yuan)效(xiao)率(lv)顯(xian)著(zhu)提(ti)高(gao)，體(ti)積(ji)和(he)重(zhong)量(liang)則(ze)大(da)為(wei)減(jian)小(xiao)。這(zhe)就(jiu)為(wei)新(xin)型(xing)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)推(tui)廣(guang)與(yu)普(pu)及(ji)
，創(chuang)造(zao)了(le)良(liang)好(hao)條(tiao)件(jian)。

１集成開關電源的發展簡況

開關電源被譽為高效節能電源，它代表著穩壓電源的發展方向，現已成為穩壓電源的主流產品。近20多年來，集成開關電源沿著下述兩個方向不斷發展。第一個方向是對開關電源的核心單元——控製電路實現集成化。1997年國外首先研製成脈寬調製（PWM）控製器集成電路
，美國摩托羅拉公司、矽通用公司（SiliconGeneral）、尤尼特德公司（Unitrode）等相繼推出一批PWM芯片

，典型產品有MC3520
、SG3524、UC3842。90年代以來，國外又研製出開關頻率達1MHz的高速PWM
、PFM（脈衝頻率調製）芯片
，典型產品如UC1825、UC1864。第二個方向則是對中


，小功率開關電源實現單片集成化。這大致分兩個階段：80年代初意－法半導體有限公司（SGS－Thomson）率先推出L4960係列單片開關式穩壓器。該公司於90年代又推出了L4970A係列。其特點是將脈寬調製器、功率輸出級、保護電路等集成在一個芯片中
，使用時需配工頻變壓器與電網隔離，適於製作低壓輸出（5.1～40V）、大中功率（400W以下）
、大電流（1.5A～10A）
、高效率（可超過90%）的開關電源。但從本質上講，它仍屬DC/DC電源變換器。

1994年，美國動力（Power）公司在世界上首先研製成功三端隔離式脈寬調製型單片開關電源
，被人們譽為“頂級開關電源”。其第一代產品為TOPSwitch係列，第二代產品則是1997年問世的TOPSwitch-II係列。該公司於1998年又推出了高效
、小功率
、低價格的四端單片開關電源TinySwitch係列。在這之後，Motorola公司於1999年又推出MC33370係列五端單片開關電源

，亦稱高壓功率開關調節器（HighVoltagePowerSwitchingRegulator）。目前
，單片開關電源已形成四大係列、近70種型號的產品。

２TOPSwitch-11係列三端單片開關電源

根據封裝形式，TOPSwitch－II可劃分成三種類型：TOP221Y~227Y（TO-220封裝）
，TOP221P~224P（DIP-8封裝），TOP221G~224G（SMD-8封裝），產品分類詳見表１。


其中以TOP227Y的輸出功率為最大。
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2.1TOPSwitch-11的性能特點

(1)TOPSWitch-II內部包括振蕩器
、誤差放大器、脈寬調製器、門電路、高壓功率開關管（MOSFET）、偏置電路、過流保護電路、過熱保護及上電複位電路

、關斷／自動重啟動電路。它通過高頻變壓器使輸出端與電網完全隔離，使用安全可*。它屬於漏極開路輸出的電流控製型開關電源。由於采用CMOS電路，使器件功耗顯著降低。

(2)隻有三個引出端：控製端C
、源極S
、漏極D，可同三端線性穩壓器相媲美
，能以最簡方式構成無工頻變壓器的反激式開關電源。為完成多種控製、偏置及保護功能，C、D均屬多功能引出端
，實現了一腳多用。以控製端為例，它具有三項功能：①該端電壓VC為片內並聯調整器和門驅動級提供偏壓；
②該端電流IC能調節占空比；
③該端還作為電源支路與自動重啟動／補償電容的連接點
，通過外接旁路電容來決定自動重啟動的頻率
，並對控製回路進行補償。

(3)輸入交流電壓的範圍極寬。作固定電壓輸入時可選220V±15%交流電，若配85~265V寬範圍變化的交流電，最大輸出功率要降低40%。開關電源的輸入頻率範圍是47~440Hz。

(4)開關頻率典型值為100KHz，占空比調節範圍是1.7%～67%。電源效率為80%左右，最高可達90%
，比線性集成穩壓電源提高近一倍。其工作溫度範圍是0～70℃芯片最高結溫Tjm=135℃。
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(5)TOPSwitch-II的基本工作原理是利用反饋電流IC來調節占空比D，達到穩壓目的。舉例說明，當由於某種原因致使開關電源的輸出電壓VOT時，經過光耦反饋電路就使Ic↑→誤差電壓Vrt→D↓→Vo↓，使Vo保持不變。反之亦然。
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(6)外圍電路簡單，成本低廉。外部僅需接整流濾波器、高頻變壓器、初級保護電路
、反饋電路和輸出電路。采用此類芯片還能降低開關電源產生的電磁幹擾。

2.2典型應用

TOPSwitch-II可廣泛用於儀器儀表、筆記本電腦
、移動電話、電視機、VCD和DVD、攝錄像機
、電池充電器、功率放大器等領域，並能構成各種小型化、高密度、低成本的開關電源模塊。此外，它還適合構成後備式開關電源
，非隔離式開關電源、恒流恒壓輸出開關電源，供無線通信用的DC/DC電源變換器、恒功率調節器
、功率因數補償器等。

2.3電路設計要求
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(1)TOPSwitch-II的反饋電路中需配光電耦合器與輸出電路隔離。設計精密開關電源時
，還應增加一片TL431型可調式精密關聯穩壓器
，由它構成外部誤差放大器，來代替取樣電路中的穩壓管。精密開關電源的電壓調整率Sv、電流調整率Sl均可達±0.2%左右
，接近於線性集成穩壓電源的指標。
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(2)應選用電流傳輸比（CTR）能線性變化的光電耦合器，如PC817A

，NEC2501
、6N137等型號，不推薦采用4N25、4N35等4N××型普通光耦。後者的線性度差
，傳輸模擬信號時會造成失真
，影響開關電源的穩壓性能。
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(3)高頻變壓器的初級必須設置保護電路，用以吸收漏感引起的尖峰電壓
，確保MOSFET不被損壞。這種保護電路應並聯在初級上，具體有4種設計方案：①由瞬變電壓抑製二極管（TVS）和超快恢複二極管（SRD）組成鉗位電路；②由TVS與矽整流管（VD）構成的鉗位電路

；③由阻容元件與SRD構成的吸收電路；④由阻容件與VD構成的吸收電路。上述方案中以①的效果最佳
，能充分發揮TVS響應速度極快
、可承受高能量瞬態脈衝之優點。方案②次之。
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(4)使用芯片時需加合適的散熱器。對於TO-220封裝，可直接裝在小散板上。對於DIP-8和SMD-8封裝的可將4個源極焊在麵積為2.3 的印製板敷銅箔上代替散熱片。
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(5)為抑製從電網引入的幹擾，也防止開關電源產生的幹擾向外部傳輸
，需在電源進線端增加一級電磁幹擾濾波器（EMIfilter）亦稱電源噪聲濾波器（PNF）。
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(6)使(shi)用(yong)此(ci)類(lei)芯(xin)片(pian)時(shi)，源(yuan)極(ji)引(yin)線(xian)要(yao)盡(jin)量(liang)短(duan)。為(wei)使(shi)空(kong)載(zai)或(huo)輕(qing)載(zai)時(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)穩(wen)定(ding)
，應(ying)在(zai)穩(wen)壓(ya)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)端(duan)接(jie)一(yi)隻(zhi)幾(ji)百(bai)歐(ou)的(de)電(dian)阻(zu)作(zuo)為(wei)最(zui)小(xiao)負(fu)載(zai)，亦(yi)可(ke)並(bing)聯(lian)一(yi)隻(zhi)穩(wen)壓(ya)管(guan)。

３TinySwitch係列四端開關電源

TinySwitch是Power公司新推出的一種高效
、小功率四端單片開關電源。因所構成開關電源的體積很小，故稱TinySwitch微型開關係列。它比三端單片開關電源增加一個使能端
，使用更加方便靈活。TinySwitch係列性優價廉，外圍電路非常簡單
，特別適合製作10W以下的微型開關電源或待機電源，是取代效率低、體積較大的小功率線性穩壓電源的理想產品。
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3.1TinySwitch的性能特點
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(1)TinySwitch有DIP-8、SMD-8兩種封裝形式、6種型號。產品分類見表2。

盡管采用8腳封裝，實際上隻有四個腳：S、D
、BP（相當於控製端）、EN（使能端），因此等效於四端器件。利用使能端可從外部關斷MOSFET
，並且在快速上電時輸出電壓無過衝現象
、掉電時MOSFET也無頻率倍增現象。
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(2)高效
、小功率輸出。選220V交流電源時
，其空載功耗低於60mW。它適宜製作0～10Ｗ的小功率、低成本開關電源，比線性穩壓電源大約可節電38%。
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(3)采用開／關控製器來代替PWM對輸出電壓進行調節。開／關控製器可等效為脈衝頻率調製器（PFM），其調節速度比普通的PWM更快
，對紋波抑製能力更強。
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(4)與TOPSwitch-II相比
，它在電路設計上頗具特色。第一，交流輸入端可省掉EMI濾波器；第二，初級保護電路不需使用TVS，僅用RC電路即可吸收尖峰電壓；第三
，不用反饋線圈及相關電路
，也不加回路補償元件；第四，芯片內部增加了使能檢測與邏輯電路。

3.2TinySwitch的應用

該係列產品適合製作手機電池恒壓恒流充電器
、IC卡付費電度表中的小型開關電源模塊，以及微機、彩電
、攝(she)錄(lu)像(xiang)機(ji)等(deng)高(gao)檔(dang)家(jia)用(yong)電(dian)器(qi)中(zhong)的(de)待(dai)機(ji)電(dian)源(yuan)。例(li)如(ru)，目(mu)前(qian)生(sheng)產(chan)的(de)大(da)屏(ping)幕(mu)彩(cai)電(dian)均(jun)具(ju)有(you)待(dai)機(ji)功(gong)能(neng)
，使(shi)用(yong)遙(yao)控(kong)器(qi)關(guan)閉(bi)電(dian)源(yuan)之(zhi)後(hou)
，即(ji)進(jin)入(ru)待(dai)機(ji)狀(zhuang)態(tai)。此(ci)時(shi)彩(cai)電(dian)中(zhong)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)管(guan)呈(cheng)關(guan)斷(duan)狀(zhuang)態(tai)
，改(gai)由(you)待(dai)機(ji)電(dian)路(lu)繼(ji)續(xu)給(gei)CPU供電
，使整機功耗降至最低。由TNY253P可構成5V、1.3W的彩電待機電源。它利用彩電主電源產生的直流高壓作輸入電壓
， 的允許範圍是120～375V（視彩電型號而定），而Vo=+5V。使用一片TNY255P則可構成PC機的5V
、2A待機電源。由TNY254P構成的+6.7V、3.6W手機電池恒壓、恒流充電器，能在85～265V交流輸入電壓範圍內
，對6V鎳氫（NIMH）電池充電。此外
，TinySwitch還適合製作小型家電（如隨身聽）的適配器（adapter），將220V交流電源變成所需直流穩壓電源。這種適配器不僅沒有笨重的變壓器
，而且效率高、體積小、穩壓性能好
，能完全取代目前市售的各種插頭式AC/DC變換器。

4MC33370係列五端單片開關電源

MC33370係列包括MC33369～MC33374五種規格、17種型號。以TO-220五腳直彎式封裝為例，其產品分類見表3。


表中的RDS（ON）表示漏－源極導通電阻

，ID（PK）代表漏極峰值電流。

4.1MC33370的性能特點
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(1)它比TOPSwitch-II增加了電源端（Vcc）和狀態控製器的輸入端（StateControlinput）；芯片內部增加了欠壓鎖定比較器
、外部關斷電路和可編程狀態控製器。其性價比要優於TOPSwitch-II

，而外圍電路更趨簡單。
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(2)利用可編程狀態控製器及外部模式選擇電路

，能實現多種控製方式（包括手動控製、由微控製器MCU操作

、數字電路控製、禁止操作等），實現工作狀態與備用狀態的互相切換。
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(3)內部集成了一隻被稱為“敏感場效應管（SenseFET）”的電流傳感式功率開關管，用它能無功率損耗地實時檢測漏極電流ID的大小，進行過流保護。
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(4)當交流電源為固定值或變化率不超過±20%時shi，允yun許xu去qu掉diao高gao頻pin變bian壓ya器qi的de反fan饋kui線xian圈quan以yi及ji相xiang關guan的de高gao頻pin濾lv波bo電dian路lu。這zhe有you助zhu於yu進jin一yi步bu簡jian化hua外wai圍wei電dian路lu，降jiang低di開kai關guan電dian源yuan的de成cheng本ben。為wei滿man足zu特te殊shu應ying用yong的de需xu要yao，還hai可ke給gei開kai關guan電dian源yuan增zeng加jia軟ruan啟qi動dong功gong能neng。

(5)電源效率高。由它構成開關電源或電源模塊的效率可達80%以上。在備用狀態下靜態功耗低至幾十至幾百毫瓦。
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(6)占空比調節範圍更寬，可達0.1～74%。脈寬調製增益的典型值為-14%／mA。芯片的工作結溫是-40～150℃，過熱保護溫度定為157℃（TOPSwitch-II僅為135℃）。

4.2MC33370的應用

MC33370係列可廣泛用於辦公自動化設備
、儀器儀表
、無線通信設備及消費類電子產品中
，構成高壓隔離式AC/DC電源變換器。在作特殊應用時
，還可去掉高頻變壓器的反饋繞組及快恢複二極管、濾波電容，改用穩壓管或雙極型晶體管
、MOS管來進行串聯調整。此外
，利用這種芯片還能製作高壓步進電源。