在現(xiàn)代電力電子技術(shù)領(lǐng)域，開關(guān)電源憑借其高效率、高功率密度等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備中。三端 PWM 開關(guān)作為開關(guān)電源的核心組件之一，對(duì)電源性能起著關(guān)鍵作用。深入了解三端 PWM 開關(guān)及其在開關(guān)電源中的應(yīng)用，對(duì)于提升電源設(shè)計(jì)水平、優(yōu)化設(shè)備性能具有重要意義。

三端 PWM 開關(guān)工作原理

三端 PWM 開關(guān)將 PWM(脈寬調(diào)制)控制器與高壓功率開關(guān)(如 MOSFET)集成在一起。其工作基于 PWM 技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度來(lái)控制輸出電壓。以常見的反激式開關(guān)電源為例，交流輸入電壓經(jīng)整流濾波后變?yōu)橹绷鞲邏?，施加到高頻變壓器初級(jí)繞組。三端 PWM 開關(guān)內(nèi)部的 MOSFET 在 PWM 控制器的驅(qū)動(dòng)下，周期性地導(dǎo)通和關(guān)斷。當(dāng) MOSFET 導(dǎo)通時(shí)，電能存儲(chǔ)在變壓器初級(jí)繞組中;當(dāng) MOSFET 關(guān)斷時(shí)，變壓器初級(jí)繞組的磁場(chǎng)能量傳遞到次級(jí)繞組，經(jīng)整流濾波后輸出穩(wěn)定直流電壓。PWM 控制器通過(guò)反饋回路，根據(jù)輸出電壓的變化實(shí)時(shí)調(diào)整脈沖寬度，確保輸出電壓穩(wěn)定。

三端 PWM 開關(guān)的特點(diǎn)

高度集成化

集 PWM 控制器與高壓功率開關(guān)于一體，引腳數(shù)量大幅減少。如 TOPSwitch 系列，僅用 3 個(gè)引腳就集成了高壓 N 溝道功率 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管、電壓型 PWM 控制器、100kHz 高頻振蕩器、高壓起動(dòng)偏置電路等多種功能模塊。這不僅簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，還減小了印刷電路板(PCB)尺寸，降低了系統(tǒng)成本。

外圍元件少

將 PWM 控制器和功率 MOSFET 的外圍元件盡可能集成，使周圍元件至少減少 50% - 70%。像某智能電源開關(guān)(SPS)，將 MOSFET 的柵極驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)及功率 MOSFET 源極電流檢測(cè)電阻集成到控制 IC 上，還可節(jié)省 MOSFET 柵極鉗位齊納二極管等元件，進(jìn)一步降低成本和 PCB 尺寸。

完善的保護(hù)功能

采用電流模式控制，具備輸入欠壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等完善的保護(hù)功能。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，能迅速切斷電路或采取相應(yīng)措施，大大提高了開關(guān)電源的可靠性和穩(wěn)定性，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

低功耗特性

多數(shù)三端 PWM 開關(guān)起動(dòng)電流僅數(shù)百 μA，在猝發(fā)模式工作時(shí)，系統(tǒng)總功耗低于 1W。在待機(jī)狀態(tài)下，可實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行，符合現(xiàn)代綠色節(jié)能的要求，有助于延長(zhǎng)設(shè)備電池續(xù)航時(shí)間或降低能源消耗。

寬輸入電壓范圍

除部分特定系列外，其他三端 PWM 開關(guān)能使開關(guān)電源的 AC 輸入電壓范圍在 85 - 265V，適用于全球不同地區(qū)的工頻電源，無(wú)需額外的電壓選擇開關(guān)，增強(qiáng)了設(shè)備的通用性和適應(yīng)性。

高性能價(jià)格比

目前三端 PWM 開關(guān)單價(jià)約 0.5 - 2 美元，在實(shí)現(xiàn)高度集成化和優(yōu)異性能的同時(shí)，保持了較低成本，具有很高的性能價(jià)格比，為大規(guī)模應(yīng)用提供了經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。

三端 PWM 開關(guān)在開關(guān)電源中的應(yīng)用

反激式開關(guān)電源

反激式開關(guān)電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，廣泛應(yīng)用于中小功率場(chǎng)合。三端 PWM 開關(guān)在其中發(fā)揮核心作用，如 TOP221 - TOP227 系列應(yīng)用于反激式開關(guān)電源時(shí)，交流輸入電壓經(jīng)整流后加至變壓器初級(jí)繞組與開關(guān)管漏極。變壓器漏感產(chǎn)生的電壓尖峰通過(guò)箝位電路限制，輸出電壓經(jīng)采樣反饋至三端 PWM 開關(guān)的控制腳，調(diào)節(jié)開關(guān)占空比以穩(wěn)定輸出。這種應(yīng)用在充電器、小型適配器等設(shè)備中常見，能高效穩(wěn)定地提供所需直流電壓。

正激式開關(guān)電源

正激式開關(guān)電源適用于對(duì)輸出電壓穩(wěn)定性和紋波要求較高的場(chǎng)合。三端 PWM 開關(guān)同樣可集成于正激式電路，控制功率開關(guān)的通斷，實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換。在正激式開關(guān)電源中，三端 PWM 開關(guān)配合變壓器、整流濾波電路等，確保輸出電壓的高精度和低紋波。例如在一些對(duì)電源質(zhì)量要求嚴(yán)格的工業(yè)控制設(shè)備、醫(yī)療儀器等的電源模塊中，正激式開關(guān)電源結(jié)合三端 PWM 開關(guān)可滿足其高性能需求。

其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開關(guān)電源

除反激式和正激式外，三端 PWM 開關(guān)在降壓型、升壓型等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開關(guān)電源中也有廣泛應(yīng)用。在降壓型開關(guān)電源中，通過(guò)調(diào)節(jié)三端 PWM 開關(guān)的占空比，可將較高輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的較低輸出電壓;在升壓型開關(guān)電源中，則能將較低輸入電壓提升至所需的較高輸出電壓。這種通用性使得三端 PWM 開關(guān)能滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)電壓轉(zhuǎn)換的多樣化需求。

應(yīng)用案例分析

以某品牌手機(jī)充電器為例，其內(nèi)部采用了基于三端 PWM 開關(guān)的開關(guān)電源設(shè)計(jì)。該充電器輸入電壓范圍為 100 - 240VAC，全球通用。內(nèi)部選用的三端 PWM 開關(guān)集成度高，外圍電路簡(jiǎn)潔。通過(guò)精確的 PWM 控制，充電器能將交流輸入高效轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的 5V 直流輸出，為手機(jī)充電。在整個(gè)充電過(guò)程中，三端 PWM 開關(guān)的保護(hù)功能發(fā)揮作用，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流等異常情況時(shí)，迅速切斷電路，保護(hù)手機(jī)電池及內(nèi)部電路安全。同時(shí)，其低功耗特性使得充電器在待機(jī)時(shí)能耗極低，符合節(jié)能環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)論

三端 PWM 開關(guān)憑借其高度集成化、外圍元件少、保護(hù)功能完善、低功耗、寬輸入電壓范圍和高性能價(jià)格比等特點(diǎn)，在開關(guān)電源領(lǐng)域展現(xiàn)出強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。無(wú)論是反激式、正激式還是其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開關(guān)電源，三端 PWM 開關(guān)都能很好地適配并發(fā)揮關(guān)鍵作用。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，三端 PWM 開關(guān)將持續(xù)優(yōu)化升級(jí)，在更多領(lǐng)域得到更廣泛應(yīng)用，為開關(guān)電源的小型化、高效化、智能化發(fā)展提供有力支持。