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基于TOP系列芯片UPS電源設(shè)計(jì)
張慶 2011/3/20
摘要：論述了UPS 電源的設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用。它能同時(shí)給負(fù)載供電和給電池充電，且在交流斷電時(shí)能零時(shí)間切換到電池供電。此設(shè)計(jì)解決了很多系統(tǒng)采用兩個(gè)獨(dú)立電源來達(dá)到此功能的問題，從而降低了系統(tǒng)成本。
關(guān)鍵詞：TOP244Y；UPS 電源；恒流充電
現(xiàn)在很多應(yīng)用場(chǎng)合要求UPS 電源使有些系統(tǒng)在停電后仍然能正常工作。這就要求系統(tǒng)的電源部分既能給負(fù)載提供
電壓和電流，又能給電池充電，且能在交流電突然斷掉時(shí)，零切換到電池給負(fù)載供電。該設(shè)計(jì)就是利用較簡(jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn)了上述的各項(xiàng)功能，電路簡(jiǎn)單實(shí)用，給此類電源提供了一個(gè)很好的實(shí)現(xiàn)方法。
1 電源芯片TOP244Y 工作原理
TOPSWITCH-GX 是美國(guó)POWER INTERGRATION 公司推出的功能強(qiáng)大的第四代集成開關(guān)電源芯片。它采用了ECOMART
集成電路技術(shù)，把高壓功率MOSFET、PWM 控制器、故障保護(hù)電路以及其他控制電路集成到單個(gè)CMOS 芯片中，從而方便了設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)的靈活性。它具備TOPSWITCH-FX系列的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，而且將最大輸出功率擴(kuò)展到250 W；開關(guān)頻率提高到132 kHz；在負(fù)載很輕時(shí)，能自動(dòng)降低開關(guān)頻率，進(jìn)一步降低了芯片的損耗。
啟動(dòng)時(shí)，整流后的直流高壓加在漏極引腳上，MOSFET 起初處于關(guān)斷狀態(tài)，通過連接在漏極和控制引腳間的高壓電流源對(duì)控制電容充電。當(dāng)控制引腳電壓VC 接近5.8 V 時(shí)，控制電路被激活并開始軟啟動(dòng)。在10 ms 左右時(shí)間內(nèi)，軟啟動(dòng)電路使MOSFET 的占空比從零逐漸上升到最大值。在軟啟動(dòng)結(jié)束時(shí)，如果沒有外部反饋／供電電流流入控制引腳，則內(nèi)部高壓開關(guān)電流源關(guān)斷，控制引腳開始根據(jù)控制電路所吸收的供電電流的大小開始放電。如果電源設(shè)計(jì)正確，而且不存在開環(huán)或輸出短路等故障時(shí)，在控制引腳放電到接近下限閾值電壓4.8V 之前時(shí)（內(nèi)部電源欠壓鎖存閾值），反饋環(huán)路將閉合，向控制引腳提供外部電流。當(dāng)外部流入的電流將控制引腳充電到5.8 V 并聯(lián)穩(wěn)壓器電壓時(shí)，超過芯片所消耗的電流將通過電阻RE 分流到源極引腳。流經(jīng)RE 的電流控制MOSFET 的占空比，實(shí)現(xiàn)閉合環(huán)路調(diào)節(jié)。
當(dāng)出現(xiàn)開環(huán)或短路等故障而使外部電流無法流入控制引腳C 時(shí)，控制引腳上的電容開始放電，達(dá)到4.8 V 時(shí)激活自動(dòng)重啟動(dòng)電路而關(guān)斷MOSFET 輸出，使控制電路進(jìn)入低電流的待機(jī)模式。高壓電流源再次接通并對(duì)外接電容充電。內(nèi)部帶遲滯的電源欠壓比較器通過使高壓電流源通斷來保持VC 值處在4.8～5.8 V 的區(qū)域。自動(dòng)重啟動(dòng)電路中有一個(gè)除8 的計(jì)數(shù)器，僅在計(jì)滿(S7) 時(shí)才接通輸出MOSFET，用以防止輸出MOSFET在八個(gè)放電- 充電周期過去前重新導(dǎo)通。通過將自動(dòng)重啟動(dòng)的占空比減到典型值4%， 可有效地限制TOPSWITCH-GX 的功耗。自動(dòng)重啟動(dòng)模式將不斷循環(huán)工作直到輸出電壓穩(wěn)壓通過閉合反饋環(huán)路重新進(jìn)入受控狀態(tài)為止。
2 電路設(shè)計(jì)
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