Single-Chip-Schaltnetzteil mit zwei Arbeitsmodi
Die integrierte Schaltung des Einzelchip-Schaltnetzteils bietet die Vorteile einer hohen Integration, einer hohen Kostenleistung, der einfachsten Peripherieschaltung und des besten Leistungsindex und kann ein hocheffizientes isoliertes Schaltnetzteil ohne Netzfrequenztransformator bilden. Nachdem es Mitte bis Ende der 1990er Jahre herauskam, zeigte es eine starke Vitalität. Derzeit ist es der weltweit bevorzugte integrierte Schaltkreis für die Entwicklung von Schaltnetzteilen mittlerer und kleiner Leistung, Präzisionsschaltnetzteilen und Leistungsmodulen. Das daraus zusammengesetzte Schaltnetzteil entspricht in seinen Kosten dem linear geregelten Netzteil gleicher Leistung, während der Wirkungsgrad des Netzteils erheblich verbessert und Volumen und Gewicht erheblich reduziert werden. Dadurch wurden gute Voraussetzungen für die Förderung und Popularisierung neuer Schaltnetzteile geschaffen.
Merkmale eines monolithischen Schaltnetzteils
(1)TOPSWitch-II umfasst Oszillator, Fehlerverstärker, Pulsweitenmodulator, Gate-Schaltkreis, Hochspannungs-Leistungsschalterröhre (MOSFET), Vorspannungsschaltkreis, Überstromschutzschaltkreis, Überhitzungsschutz und Einschalt-Reset-Schaltkreis, Abschalt-/Auto-Neustart-Schaltkreis . Es verwendet einen Hochfrequenztransformator, um den Ausgangsanschluss vollständig vom Netz zu isolieren, was sicher und zuverlässig ist. Es handelt sich um ein stromgesteuertes Schaltnetzteil mit Open-Drain-Ausgang. Durch die Verwendung von CMOS-Schaltkreisen wird der Stromverbrauch des Geräts deutlich reduziert.
(2) Es gibt nur drei Anschlüsse: Steueranschluss C, Source S und Drain D, die mit Linearreglern mit drei Anschlüssen vergleichbar sind und auf einfachste Weise ein Flyback-Schaltnetzteil ohne Netzfrequenztransformator bilden können. Um eine Vielzahl von Steuer-, Vorspannungs- und Schutzfunktionen zu erfüllen, sind C und D multifunktionale Anschlüsse, die einen Pin mit mehreren Funktionen realisieren. Am Beispiel des Steueranschlusses hat dieser drei Funktionen: ①Die Spannung VC dieses Anschlusses stellt eine Vorspannung für den On-Chip-Shunt-Regler und die Gate-Treiberstufe bereit; ②Der aktuelle IC dieses Terminals kann das Tastverhältnis anpassen; ③Diese Klemme wird auch als Stromversorgungszweig verwendet. Der Verbindungspunkt mit dem automatischen Neustart/Kompensationskondensator, die Frequenz des automatischen Neustarts wird durch einen externen Bypass-Kondensator bestimmt und der Regelkreis wird kompensiert.
(3) Der Bereich der Eingangswechselspannung ist extrem groß. 220 V ±15 Prozent Wechselstrom ist optional für den Festspannungseingang; wenn er mit 85–265 V Wechselstrom mit weitem Spannungsbereich ausgestattet ist, wird die maximale Ausgangsleistung um 40 Prozent reduziert. Der Eingangsfrequenzbereich des Schaltnetzteils beträgt 47 bis 440 Hz.
(4) Der typische Wert der Schaltfrequenz beträgt 100 kHz und der Einstellbereich des Tastverhältnisses beträgt 1,7 Prozent bis 67 Prozent. Der Wirkungsgrad des Netzteils beträgt etwa 80 bis 90 Prozent, was fast dem Doppelten des linearen, integrierten, geregelten Netzteils entspricht. Sein Arbeitstemperaturbereich beträgt 0-70 Grad Die maximale Sperrschichttemperatur des Chips beträgt Tjm=135 Grad.
(5) Das grundlegende Funktionsprinzip von TOpSwitch-II besteht darin, den Rückkopplungsstrom-IC zu verwenden, um das Tastverhältnis D anzupassen, um den Zweck der Spannungsregelung zu erreichen. Wenn beispielsweise die Ausgangsspannung VOT des Schaltnetzteils aus irgendeinem Grund verursacht wird, erzeugt die Optokoppler-Rückkopplungsschaltung Ic→Fehlerspannung Vrt→D↓→Vo↓, sodass Vo unverändert bleibt. und umgekehrt.
(6) Die Peripherieschaltung ist einfach und die Kosten niedrig. Extern müssen lediglich Gleichrichterfilter, Hochfrequenztransformator, Primärschutzschaltung, Rückkopplungsschaltung und Ausgangsschaltung angeschlossen werden. Der Einsatz solcher Chips kann auch elektromagnetische Störungen reduzieren, die durch Schaltnetzteile entstehen.
Zwei Arbeitsmodi des monolithischen Schaltnetzteils
Das monolithische Schaltnetzteil verfügt über zwei grundlegende Arbeitsmodi: Der eine ist der kontinuierliche Modus CUM (ContinuousMode) und der andere ist der diskontinuierliche Modus
Die Schaltstromwellenformen der beiden Modi in Abb.
(a) kontinuierlicher Modus (b) diskontinuierlicher Modus
DUM (Diskontinuierlicher Modus). Die Schaltstromwellenformen dieser beiden Modi sind in Abbildung (a) bzw. Abbildung (b) dargestellt. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass im kontinuierlichen Modus der Primärschalterstrom ab einer bestimmten Amplitude beginnt, dann auf einen Spitzenwert ansteigt und dann schnell auf Null zurückkehrt. Seine Schaltstromwellenform ist trapezförmig. Dies zeigt, dass im kontinuierlichen Modus die im Hochfrequenztransformator gespeicherte Energie nicht in jedem Schaltzyklus vollständig freigegeben wird und der nächste Schaltzyklus eine Anfangsenergie aufweist. Durch die Verwendung des kontinuierlichen Modus können der primäre Spitzenstrom Ip und der Effektivwertstrom IRMS reduziert und der Stromverbrauch des Chips gesenkt werden. Der kontinuierliche Modus erfordert jedoch eine Erhöhung der Primärinduktivität Lp, was zu einer Vergrößerung der Größe des Hochfrequenztransformators führt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der kontinuierliche Modus für TOPSwitch mit kleiner Leistung und Hochfrequenztransformatoren mit großer Größe geeignet ist.
Der Schaltstrom im diskontinuierlichen Modus steigt von Null auf den Spitzenwert und fällt dann auf Null ab. Dies bedeutet, dass die im Hochfrequenztransformator gespeicherte Energie in jedem Schaltzyklus vollständig abgegeben werden muss und sein Schaltstromverlauf dreieckförmig ist. Die Ip- und IRMS-Werte im diskontinuierlichen Modus sind größer, aber der erforderliche Lp ist kleiner. Daher eignet es sich für den Einsatz von TOPSwitch mit größerer Ausgangsleistung und passenden Hochfrequenztransformatoren mit kleinerer Größe.
