引言

現(xiàn)代電子技術的應用迅速地發(fā)展，對電子儀器和設備要求性能上更加安全可靠，功能上，不斷地增加。在使用上自動化程度越來越高。在體積上，要日趨小型化。這使采用具有眾多優(yōu)點的開關穩(wěn)壓電源就顯得更加重要了。所以，開關穩(wěn)壓電源在計算機、通信、航天、彩色電視等方面都得到了越來越廣泛的應用，發(fā)揮了巨大的作用[1]。該-48V轉5VSTB方案采用的是中小功率開關電源中最典型的單端反激模式，電路中DC/DC轉換采用POWERINT公司寬范圍輸入的三引腳PWM開關TOP414G，它的最高工作頻率132KHz，最大占空比70%。

TOP414G內部結構及工作原理

TOP414G的內部功能框圖如下圖1所示。內部集成有高壓MOS開關管(圖1右邊那個MOS管)，其工作原理就是通過Control引腳采樣到的反饋信號(IFB)經(jīng)過內部控制電路調節(jié)大功率MOS管的導通和截止時間(占空比)，從而控制其漏極的輸出，達到穩(wěn)定電路輸出電壓的目的。下面是其引腳定義：

C pin：誤差放大和反饋電流輸入引腳，用來調節(jié)芯片內部MOS開關管的占空比 S pin：內部MOS開關管的源極，也就是DC/DC前級電路的參考地

D pin：內部MOS開關管的漏極，在電路啟動時通過該引腳為芯片提供內部偏置電流，電路穩(wěn)定后偏置電流由Control引腳的Vc提供，同時作為內部電流取樣引腳用，起初級限流作用。

-48V轉5VSTB電路工作原理

下圖2是-48V轉5VSTB的電路原理圖，工作原理如下：

-48V上電瞬間，48V高壓(BGND相對-48V而言)通過D引腳為TOP414G芯片提供工作必須的內部偏置電流，使芯片內部的控制電路開始工作，驅動內部高壓MOS管開始其第一個開關周期，變壓器次級開始有電壓輸出，此時由48V高壓提供的偏置電流源斷開。在TOP414G內部高壓MOS管導通期間，維持芯片持續(xù)工作所需的偏置電流由C20(代指C腳所有外接電容)的儲能提供;在MOS開關管截止期間，該偏流則由反激變壓器T1的偏置繞組產生的偏壓經(jīng)D3整流后提供，同時對電容C20充電，為下一個周期做準備，保證電路持續(xù)輸出。

圖3是取樣反饋電路，由光耦U2、三端并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431及取樣電阻網(wǎng)絡組成，電路最終的輸出電壓由下式?jīng)Q定：

Vo=Vref*[1+R7 / (R8//R9)]

當輸出電壓Vo增加時，Vref增加，導致通過TL431的陰極、陽極之間的電流增大，即通過光電耦合器U2初級的電流增大，使反饋到 TOP414G的C腳的電流增加，芯片內部控制電路便降低其內部MOS管的占空比，從而使輸出電壓Vo降低，起到穩(wěn)壓的作用。同理，當輸出電壓Vo降低時，TOP414G則提高MOS管的占空比，起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。

圖2中C1、C2、C3電容網(wǎng)絡起電源前端濾波作用，保證輸入電源(-48V)的純凈。R1、D1和C4組成前級鉗位電路，抑制電路中因高 dv/dt、di/dt產生的尖峰，降低單板的EMC影響。因為感性(容性)器件自身的電流(電壓)不能突變，當U1內部的MOS管由導通變?yōu)榻刂沟乃查g，如果沒有R1、D1和C4組成的鉗位電路，變壓器T1初級的大電流沒有瀉放回路，將產生很高的電壓尖峰，可能為正常工作時的幾倍，嚴重的話會擊穿U1 內部的MOS管從而損壞U1，有了鉗位電路后，MOS管斷開的瞬間，T1初級的高壓將通過D1對C4充電構成瀉放回路，在MOS管下次導通之前，C4上的電荷則可通過R1瀉放掉，因此可以達到抑制尖峰，降低單板的EMC影響的作用。圖3中電感L1和電容C7/C8/C9/C11/C12/C13構成pi型輸出濾波器，濾除輸出電壓的高頻噪聲，降低紋波，同時在U1關斷的時候起續(xù)流作用，為負載提供輸出電壓。其中C13一般選用容量小的陶瓷電容，濾除剩下的高頻噪聲。R7、R8、R9是取樣電阻，和U2、U3一起構成取樣反饋網(wǎng)絡。 5VSTB使能控制電路工作原理

下圖為-48V轉5VSTB使能控制部分電路，工作原理為：當JOIN_EN與BGND連接時，R10和R11分壓使三極管Q1的Vbe大于其閥值電壓，此時Q1導通，將圖6中B點電位拉低，三極管Q2截至，U1正常工作，-48V轉5VSTB電路正常輸出;當JOIN_EN懸空時，三極管Q1截至，R12、R13分壓使B點電位高于三極管Q2的閥值電壓，Q2導通，將U1的控制管腳C強制拉低，U1停止工作，-48V轉5VSTB無電壓輸出。

結束語

該-48V轉5VSTBY電路經(jīng)長時間多塊單板使用證明，電源設計合理，工作可靠，性價比高，具有很強的實際應用價值和廣闊的前景。TOP414集電壓型PWM控制器與N溝道功率MOSFET于一體，集成了120kHz振蕩器、高壓起動偏置電路、溫度補償、并聯(lián)調整器/誤差放大器和故障保護等電路。 TOP414的內部起動和電流限制電路減少了直流損耗，CMOS控制器/柵極驅動器僅消耗7mW的功率，70%的最大占空比使導通損耗最小化，低容量 MOSFET有效地降低了開關損耗，從而使其在回掃拓撲應用中的效率在80%以上。它具有管腳數(shù)量少，外圍電路簡單，安裝與調試簡便，價格低廉等優(yōu)點。設計結構簡單，性能穩(wěn)定，實現(xiàn)了對電信設備供電的功能，對電信設備的整體性能提高大有益處。