IRIS4015构成的准谐振反激式开关电源

IRIS4015系列简要原理  
　　
IRIS4015系列是一种专为准谐振工作方式的反激式变换器，其最大优点是将准谐振反激式变换器的控制电路和高压MOSFET集成在一个TO-220封装中，因此不需要另外设置开关管。IRIS4015系列的内部原理框图如图1所示。  

  
图1 IRIS4015系列的内部原理框图  

1 电路的启动与限流工作  
　　
与大多数开关电源控制芯片一样，IRIS4015的启动仅仅需要在VCC端与直流母线间接一只启动电阻即可。其限流工作方式与大多数峰值电流型芯片的限流工作方式基本相同，详尽原理不再赘述。  

2 电压反馈模式  
　　
为了实现电压稳定，可以利用电压反馈来实现，电路如图2所示。  

  
图2 电压控制反馈时的振荡器的工作模式  

由图2可知，只要OCP/FB端电压达到0.73V，内电路就会将MOSFET关闭。那么，只要利用电压反馈控制OCP/FB端电压达到0.73V时就可以实现输出电压的稳定。如果将电压反馈信号通过光电耦合器和R2送到C5端，这样VC5将不仅是漏电流在R5上的电压，而是R5电压与反馈电压的迭加。反馈电压越强烈，其作用越大，C5电压达到0.73V的时刻就越早，而MOSFET的导通时间越短，向输出端传输的能量越小，从而实现了输出电压的稳定。  

3 准谐振工作方式  
　　
实现准谐振工作方式的关键是保证主开关在VDS为极小值时将主开关开通，剩下的问题就是如何检测到这个极小值。可以采用检测辅助绕组电压的方法来快捷地检测开关管的漏-源极电压的极小值。具体实现方式见图3。  

  
图3 准谐振工作模式与主要波形  

当变压器的储能释放尽，C4与变压器初级谐振。当变压器各绕组电压过零时，维持OCP/FB端的“高电位”消失，C5、C3将通过IRIS4015内部电路和R4、R5以1.35mA电流放电。当OCP/FB端电压下降到0.73V时，IRIS4015内部的控制电路驱动主开关导通，从而完成准谐振的工作模式。  

在这里，C4、C5放电规律不随输入电压和负载电流变化，因此一旦C4的电容量、变压器初级电感确定，C3、C5放电到0.73V的延迟时间也随之被确定。  

4 轻载工作条件的改善  
　　
由于电路工作在准谐振状态，满载时的开关频率大约为30kHz。随着负载的减小，变压器释放储能的时间变短，使开关频率上升，空载时可以达到300kHz。这时，由于IRIS4015工作在准谐振状态，因而有零导通宽度。MOSFET工作在其特性曲线的线性（或饱和）区。图4给出了典型波形。这是因为在很窄的导通脉宽下，驱动器在门极电压还上升时，使驱动输出关断，然后通过漏源之间饱和电压的上升来控制施加在变压器上的电压。当工作在轻载、准谐振模式时，就会发生上述情形，但是不会引起其他问题。显而易见，频率较高时，上升时间受准谐振电容的限制，增加了损耗，从而降低了效率。这时，开关在PRC模式极其有利，能保持损耗和效率在一个合理的水平。当负载变轻时，主开关可以不在第一个电压极小值时导通，可以在谐振的第二个极小值导通；轻载时则可以越过若干的极小值后再导通。这样就可以有效的降低轻载、空载时的开关频率。  

  
图4 空载时谐振状态下的VDS波形  

对于IRIS4015，可以采用图5的电路。增加光电耦合器2（它可使准谐振信号反馈起作用或失效）可以使工作模式在准谐振模式和PRC模式之间转换，即图中电路A。  

  
图5 QR/PRC工作方式转换电路  

通过增加如图5所示的电路B可使在轻载时将转换到PRC工作模式。当次级电压下降时，PNP晶体管关断使驱动绕组的电压也跟着下降，因此切断了OCP/FB脚准谐振信号反馈。一旦信号被切断，通过内部振荡器转换到PRC工作模式，工作频率也减降低到大约20～40kHz。  

变压器的数据  
　　
在很多情况下，反激式开关电源的变压器的数据是设计过程中的主要数据之一。输出24V的100W准谐振式开关电源的工作条件为：最大的占空比Dmax=0.4；最小工作频率fmin=50kHz；周期：T=20μs；最小输入直流电压：VDCmin=200V；反馈电压：133V；最大导通时间：8μs。  
　　
对应的变压器的数据为：变压器铁芯型号为EER35L磁芯；变压器初级绕组匝数：66匝；变压器次级绕组匝数：12匝；辅助绕组的匝数：9匝；变压器磁路气隙：1mm；变压器磁路电感：567μH；初级线径： 0.35mm，四股并绕；次级线经：0.76mm，四股并绕。