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2024年4月28日发(作者：最强rapper潮水偷轨)
第三章 TOPSwitch系列芯片简介
美国功率集成公司（PI公司）在1994年推出第一代TOP Switch芯片，1997
年，美国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，内电路作了许多改进，器件对于电路板布局以及
输入总线瞬变的敏感性大大减少，故设计更为方便，性能又有了增强，性能价格
比更高。与TOP Switch系列器件相比，TOP SwitchⅡ系列器件在输入电压为
100V、115V或230VAC时，系统功率从（0～100）W提高到（0～150）W，在
三种电压下均可工作时，系统的功率从（0～50）W提高到（0～90）W，从而
使得TOP SwitchⅡ器件可在如电视、监视器以及音频放大器等许多新的应用范
围内使用。1998年推出绿色、低价的Tiny Switch和TOP Switch-FX开关电源IC
系列，它为设计高度集成的电源提供了更大的灵活性，采用的Eco Smart节能技
术可以帮助工程师生产出符合环保要求的更加“绿色”的电子产品。器件输出功
率最高达75W，可广泛应用于手机充电器、PC待机电源、机顶盒、DVD和LCD
显示器等不同领域。2000年11月最新推出TOP Switch-GX系列高压AC/DC转
换芯片，把最大输出功率提高到250W，具有更高的开关频率，在轻负载时能线
性缩减频率以降低待机功耗；更宽的占空比；并且，通过增加3个引脚，使用户
具有更多可配置的功能（如限流调整、欠压检测、过压关断、电压前馈、两种可
选频率及远程On/Off等）。
TOP Switch 主要用于AC/DC 转换器，具有体积小，重量轻，宽输入范围
（85V-265V），提供了PI Expert专家系统设计软件，便于用户更快地设计出自
已的产品。
采用TOP Switch器件的开关电源与采用分立的MOSFET功率开关及PWM
集成控制器的开关电源相比，具有以下特点：
1、成本低廉。使用TOP Switch器件，比用其他开关电源节省很多个元器件，从
而使产品的大小和重量减少；TOP Switch因采用了源极调节板和可控的
MOSFET通态驱动，故电磁干扰(EMI)和EMI滤波器的成本可明显降低；
2、系统效率高。TOP Switch系采用CMOS工艺制作，并在芯片中集成了尽可能
多的功能，故与采用二极管或分立的功率开关电路相比，偏置电流显著降低；
开关电源所需的功能集成于芯片中后，外部的电流传感电阻和初始起动偏压
电流的电路均可除去，系统效率大大提高。特别是TOP Switch器件专门针对
反激式功率变换电路进行了优化，使最大值占空比可达70%，TOP100～
TOP104，TOP200～TOP204/TOP214的效率可达90%，TOP209/TOP210的效
率也可超过80%；电源设计简化。
TOP Switch器件在3脚的TOP220封装中集成了PWM控制器和高压
MOSFET功率开关，只需外接一个电容就能实现补偿、旁路、起动和自动重起
功能。另外，有许多专门为TOP Switch器件而标准设计的电路板，使应用TOP
Switch的设计更为方便，极大地缩短了产品开发至进入市场所需的时间；应用灵
活性高。TOP Switch器件支持降压型、升压型、正激式和反激式功率变换电路，
并且很容易和光耦及变压器初级的反馈电路结合，无论在连续传导模式和不连续
传导模式下均可工作；功能完善的系统级故障保护。TOP Switch具有自动重起
和逐周电流限制功能，故可对功率变压器初级和次级电路的故障进行保护。TOP
Switch还具有在片热关闭选通功能，可在电路超负荷时有效地保护电源。
对于小功率的开关电源的设计，TOP Switch系列芯片以其电路简捷，体积
小，重量轻，自保护功能齐全，设计方便等优点在该领域的应用上有很大的优势。
TOP Switch系列产品的主要特点：
1、TOP Switch-I系列
一般，TOP100～TOP104主要应用于输入电压为100V或110VAC，功率在
（0～60）W范围内的开关电源或功率在（0～110）W范围内采用功率因数校正
(PFC)的开关电源。同样适用于功率在（0～25）W范围内的无线通信、有线通
信以及其他DC/DC变换的应用。
TOP200～TOP204/TOP214则适于输入电压为100V，110V或230VAC，功
率在（0～100）W范围内的开关电源〔如在三种输入电压下均能工作，则功率
限制在（0～50）W范围内〕，或输入为230V或277VAC，功率在（0～150）W
范围内采用功率因数校正的开关电源。
2、TOP Switch-Ⅱ系列
根据封装形式，TOPSwitch-II系列产品可划分成三种类型：TOP221Y~227Y
（TO-220封装）， TOP221P~224P（DIP-8封装），TOP221G~224G（SMD-8封
装），产品分类详见表1.4.2。
TOPSwitch-II的性能特点：
1）TOPSwitch-II内部包括振荡器、误差放大器、脉宽调制器、门电路、高压功
率开关管（MOSFET）、偏置电路、过流保护电路、过热保护及上电复位电路、
关断／自动重启动电路。它通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，使用
安全可靠。它属于漏极开路输出的电流控制型开关电源。由于采用CMOS电
路，使器件功耗显著降低。
2) 只有三个引出端：控制端C、源极S、漏极D，可同三端线性稳压器相媲美，
能以最简方式构成无工频变压器的反激式开关电源。为完成多种控制、偏置
及保护功能，C、D均属多功能引出端，实现了一脚多用。以控制端为例，
它具有三项功能：①该端电压VC为片内并联调整器和门驱动级提供偏压；
②该端电流IC能调节占空比；③该端还作为电源支路与自动重启动／补偿电
容的连接点，通过外接旁路电容来决定自动重启动的频率，并对控制回路进
行补偿。
3) 输入交流电压的范围极宽。作固定电压输入时可选220V±15%交流电，若配
85~265V宽范围变化的交流电，最大输出功率要降低40%。开关电源的输入
频率范围是47~440Hz。
4) 开关频率典型值为100KHz，占空比调节范围是1.7%～67%。电源效率为80%
左右，最高可达90%，比线性集成稳压电源提高近一倍。其工作温度范围是
0～70℃芯片最高结温Tjm=135℃。
5) TOPSwitch-II的基本工作原理是利用C控制端的反馈电流I
C
来调节占空比，
达到稳压目的。
6) 外围电路简单，成本低廉。外部仅需接整流滤波器、高频变压器、初级保护
电路、反馈电路和输出电路。采用此类芯片还能降低开关电源产生的电磁干
扰。
TOPSwitch-II可广泛用于仪器仪表、笔记本电脑、移动电话、电视机、VCD
和DVD、摄录像机、电池充电器、功率放大器等领域，并能构成各种小型化、
高密度、低成本的开关电源模块。此外，它还适合构成后备式开关电源，非隔离
式开关电源、恒流恒压输出开关电源，供无线通信用的DC/DC电源变换器、恒
功率调节器、功率因数补偿器等。
TOPSwitch-Ⅱ系列芯片的管脚功能与应用：
TOPSwitch-Ⅱ系列芯片有三个管脚，分别是D（3脚）、S（2脚）、C（1脚），
其中C为控制脚，用于电压反馈控制输入；D为内部MOS管的漏极，也是芯片
功率电路输入端，一般经过变压器初级绕组与供电电源正端相连接；S为内部
MOS管的源极，一般接输入电源的负端。
3、TOP Switch –GX系列
TOPSwitch-GX更稳定，输出功率相对较大，适用范围相对较广，而且具有
一些其他芯片没有的特点。该系列产品除具备TOPSwitch-FX系列的全部优点之
外，还具备以下新增的主要功能及其优点：
1）更宽的输出功率范围，最大可达290W;
2）可减少外围器件的损耗;
3）在极低压或过压时能实现完全软启动，进一步减小了器件在启动时的电压、
电流应力；
4）外部可编程精确地设定限制电流，减小了变压器铁芯体积，提高了电源效率；
5）更大的占空比，能提供更大的输出功率并减小了输入电容；
6）在Y、R、F型式封装中将电压检测管脚与限流管脚分开封装，提高了设计的
灵活性；
7）欠压保护，不会造成误关断；
8）有过压保护，可以限制浪涌电流；
9）采用线电压前馈,减小了低压时的输出电压纹波，限制了高压时的最大占空比
（Dmax）；
10）有±3％的频率抖动，减小了电磁干扰（EMI）,并降低了EMI滤波器的损耗；
11）空载、轻载时可降低工作频率，使输出电路无需加假负载，从而显著地减少
了能量损耗；
12）高达132kHz的工作频率，减小了变压器和电源的体积；
13）在视频应用时可选择半频（66kHz）运行（只限于Y、R、F封装）；
14）温度范围更宽的滞后热关断，允许电源在高温下输出更大的功率，并有效地
防止装置过热。
TOPSwitch-GX系列的这些优点使其可广泛地应用于手提电脑、PDA、集线
器、交换器、路由器、台式电脑、小型服务器、机顶盒、数码电视、打印机、
DVD播放器、UPS、电视游戏机、音频放大器等装置中。
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