TOPSwitch系列芯片簡介

美國功率集成公司（PI公司）在1994年推出第一代TOP Switch芯片，1997年，美國功率集成公司又推出了TOP SwitchⅡ系列器件。TOP SwitchⅡ系列器件和TOP Switch系列器件相比，內電路作了許多改進，器件對于電路板布局以及輸入總線瞬變的敏感性大大減少，故設計更為方便，性能又有了增強，性能價格比更高。與TOP Switch系列器件相比，TOP SwitchⅡ系列器件在輸入電壓為100V、115V或230VAC時，系統功率從（0～100）W提高到（0～150）W，在三種電壓下均可工作時，系統的功率從（0～50）W提高到（0～90）W，從而使得TOP SwitchⅡ器件可在如電視、監視器以及音頻放大器等許多新的應用范圍內使用。1998年推出綠色、低價的Tiny Switch和TOP Switch-FX開關電源IC系列，它為設計高度集成的電源提供了更大的靈活性，采用的Eco Smart節能技術可以幫助工程師生產出符合環保要求的更加“綠色”的電子產品。器件輸出功率最高達75W，可廣泛應用于手機充電器、PC待機電源、機頂盒、DVD和LCD顯示器等不同領域。2000年11月最新推出TOP Switch-GX系列高壓AC/DC轉換芯片，把最大輸出功率提高到250W，具有更高的開關頻率，在輕負載時能線性縮減頻率以降低待機功耗；更寬的占空比；并且，通過增加3個引腳，使用戶具有更多可配置的功能（如限流調整、欠壓檢測、過壓關斷、電壓前饋、兩種可選頻率及遠程On/Off等）。   

TOP Switch 主要用于AC/DC 轉換器，具有體積小，重量輕，寬輸入范圍（85V-265V），提供了PI Expert專家系統設計軟件，便于用戶更快地設計出自已的產品。

采用TOP Switch器件的開關電源與采用分立的MOSFET功率開關及PWM集成控制器的開關電源相比，具有以下特點：

1、成本低廉。使用TOP Switch器件，比用其他開關電源節省很多個元器件，從而使產品的大小和重量減少；TOP Switch因采用了源極調節板和可控的MOSFET通態驅動，故電磁干擾(EMI)和EMI濾波器的成本可明顯降低；

2、系統效率高。TOP Switch系采用CMOS工藝制作，并在芯片中集成了盡可能多的功能，故與采用二極管或分立的功率開關電路相比，偏置電流顯著降低；開關電源所需的功能集成于芯片中后，外部的電流傳感電阻和初始起動偏壓電流的電路均可除去，系統效率大大提高。特別是TOP Switch器件專門針對反激式功率變換電路進行了優化，使最大值占空比可達70%，TOP100～TOP104，TOP200～TOP204/TOP214的效率可達90%，TOP209/TOP210的效率也可超過80%；電源設計簡化。

TOP Switch器件在3腳的TOP220封裝中集成了PWM控制器和高壓MOSFET功率開關，只需外接一個電容就能實現補償、旁路、起動和自動重起功能。另外，有許多專門為TOP Switch器件而標準設計的電路板，使應用TOP Switch的設計更為方便，極大地縮短了產品開發至進入市場所需的時間；應用靈活性高。TOP Switch器件支持降壓型、升壓型、正激式和反激式功率變換電路，并且很容易和光耦及變壓器初級的反饋電路結合，無論在連續傳導模式和不連續傳導模式下均可工作；功能完善的系統級故障保護。TOP Switch具有自動重起和逐周電流限制功能，故可對功率變壓器初級和次級電路的故障進行保護。TOP Switch還具有在片熱關閉選通功能，可在電路超負荷時有效地保護電源。

對于小功率的開關電源的設計，TOP Switch系列芯片以其電路簡捷，體積小，重量輕，自保護功能齊全，設計方便等優點在該領域的應用上有很大的優勢。

TOP Switch系列產品的主要特點：

1、TOP Switch-I系列

一般，TOP100～TOP104主要應用于輸入電壓為100V或110VAC，功率在（0～60）W范圍內的開關電源或功率在（0～110）W范圍內采用功率因數校正(PFC)的開關電源。同樣適用于功率在（0～25）W范圍內的無線通信、有線通信以及其他DC/DC變換的應用。

TOP200～TOP204/TOP214則適于輸入電壓為100V，110V或230VAC，功率在（0～100）W范圍內的開關電源〔如在三種輸入電壓下均能工作，則功率限制在（0～50）W范圍內〕，或輸入為230V或277VAC，功率在（0～150）W范圍內采用功率因數校正的開關電源。

2、TOP Switch-Ⅱ系列

根據封裝形式，TOPSwitch-II系列產品可劃分成三種類型：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1.4.2。

TOPSwitch-II的性能特點：

 1）TOPSwitch-II內部包括振蕩器、誤差放大器、脈寬調制器、門電路、高壓功率開關管（MOSFET）、偏置電路、過流保護電路、過熱保護及上電復位電路、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，使用安全可靠。它屬于漏極開路輸出的電流控制型開關電源。由于采用CMOS電路，使器件功耗顯著降低。

 2)只有三個引出端：控制端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。為完成多種控制、偏置及保護功能，C、D均屬多功能引出端，實現了一腳多用。以控制端為例，它具有三項功能：①該端電壓VC為片內并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，并對控制回路進行補償。

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

4)開關頻率典型值為100KHz，占空比調節范圍是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。其工作溫度范圍是0～70℃芯片最高結溫Tjm=135℃。

5)TOPSwitch-II的基本工作原理是利用C控制端的反饋電流IC來調節占空比，達到穩壓目的。

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干擾。

TOPSwitch-II可廣泛用于儀器儀表、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，并能構成各種小型化、高密度、低成本的開關電源模塊。此外，它還適合構成后備式開關電源，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。

TOPSwitch-Ⅱ系列芯片的管腳功能與應用：

    TOPSwitch-Ⅱ系列芯片有三個管腳，分別是D（3腳）、S（2腳）、C（1腳），其中C為控制腳，用于電壓反饋控制輸入；D為內部MOS管的漏極，也是芯片功率電路輸入端，一般經過變壓器初級繞組與供電電源正端相連接；S為內部MOS管的源極，一般接輸入電源的負端。

3、TOP Switch–GX系列

TOPSwitch-GX更穩定，輸出功率相對較大，適用范圍相對較廣，而且具有一些其他芯片沒有的特點。該系列產品除具備TOPSwitch-FX系列的全部優點之外，還具備以下新增的主要功能及其優點：

1）更寬的輸出功率范圍，最大可達290W;

2）可減少外圍器件的損耗;

3）在極低壓或過壓時能實現完全軟啟動，進一步減小了器件在啟動時的電壓、電流應力；

4）外部可編程精確地設定限制電流，減小了變壓器鐵芯體積，提高了電源效率；

5）更大的占空比，能提供更大的輸出功率并減小了輸入電容；

6）在Y、R、F型式封裝中將電壓檢測管腳與限流管腳分開封裝，提高了設計的靈活性；

7）欠壓保護，不會造成誤關斷；

8）有過壓保護，可以限制浪涌電流；

9）采用線電壓前饋,減小了低壓時的輸出電壓紋波，限制了高壓時的最大占空比（Dmax）；

10）有±3％的頻率抖動，減小了電磁干擾（EMI）,并降低了EMI濾波器的損耗；

11）空載、輕載時可降低工作頻率，使輸出電路無需加假負載，從而顯著地減少了能量損耗；

12）高達132kHz的工作頻率，減小了變壓器和電源的體積；

13）在視頻應用時可選擇半頻（66kHz）運行（只限于Y、R、F封裝）；

14）溫度范圍更寬的滯后熱關斷，允許電源在高溫下輸出更大的功率，并有效地防止裝置過熱。

TOPSwitch-GX系列的這些優點使其可廣泛地應用于手提電腦、PDA、集線器、交換器、路由器、臺式電腦、小型服務器、機頂盒、數碼電視、打印機、DVD播放器、UPS、電視游戲機、音頻放大器等裝置中。