混合频率模式绿色PWM控制器MC44603在开关电源中的应用

图3 MC44603原理框图
　　由于电流检测比较器的阈值内置为1.0V，因此峰值电感电流最大值可以用下式计算得到：

　　MC44603内置的振荡器是一个精确的锯齿波发生器，具有同步功能。在正常工作模式下，振荡器的输出电压将在1.6V至3.6V之间变化。对定时电容CT的充放电主要是通过MC44603内部的两个电流源，ICharge和IDischarge，实现的。实际上，由于定时电容CT与ICharge在任何时候都是相连的，为了保证定时电容可靠放电，放电电流必须要高于充电电流，如图4所示。

图4 振荡器简化结构图
　　锯齿波主要是由两个比较器实现的。这两个比较器将CT上的电压与振荡器输出信号的波谷（1.6V）和波峰（2.6V）相比较。锁存器将记住振荡器的工作状态。
　　MC44603的最大占空比为80％，并且只有在振荡器定时电容充电过程中才允许开关管导通。这样，振荡器的充电时间和放电时间的大小由下式决定：

　　其中：
　　Tcharge为振荡器充电时间；△V是振荡器输出信号的峰-峰值；Icharge为振荡器充电电流；
　　Tdischarge为振荡器放电时间；Idischarge为振荡器放电电流。
　　MC44603内部的同步电路包含两个比较器。来自外部的同步信号，经过这两个比较器，在与0.7V 和3.7V电压相比较后送入振荡器。如果不需要同步功能，应当将引脚9接地。

图5 祛磁电路原理图
　　在反激变换器中，主要依靠辅助绕组上的电压来监测变压器磁芯的状态，以防止其饱和。辅助绕组上的电压具有以下特点：（1）在开关管导通时，为负；（2）在开关管截止时，为正；（3）在死区时间内，为零，但通常伴有振铃。MC44603中的祛磁电路正是根据上述原理对辅助绕组的电压进行监测。将引脚8接地可以禁止祛磁功能。祛磁电路原理图如图5所示，祛磁检测工作波形图如图6所示。从图中可以看出，在控制器内部，祛磁比较器的非反相输入端增加了一只箝位二极管D以及反相有源箝位电路。另外，还增加了祛磁锁存电路，其作用是当祛磁检测信号输入端（引脚8）上的电压低于65mV以及新的重启动过程开始时，祛磁电路输出保持低电平。这样作的目的是为了避免引脚8上的振铃信号对祛磁检测产生影响。祛磁电路的输出信号直接与控制器的输出端相连，能够在祛磁检测过程中禁止控制器的输出。

图6 祛磁检测工作波形图
　　 借助MC44603的最大占空比和软启动控制功能，可以将最大占空比限制在80％以下。由于MC44603引脚11与其内置电流源相连，该引脚上的电压可方便的通过外接电阻进行设置。在引脚11上外接一只电容，就可以实现软启动功能。最大占空比和软启动控制电路原理图如图7所示，最大占空比控制波形图如图8所示。

图7 最大占空比和软启动控制

图8 最大占空比控制波形
　　引脚11与控制器内置的0.4IREF的电流源相连，通过外接电阻可十分方便的实现对该端电压的控制。另外，该端外接的软启动电容在VCC低于9.0V时开始放电。如果该端没有外接元件，该端内部的齐纳二极管将对该端电压进行箝位。由于齐纳二极管的箝位电压高于振荡器输出信号的峰值，因此软启动和最大占空比控制功能被禁止。
　　过载限流保护检测信号输入端（引脚5）用于实现过载保护功能。随着变换器负载的不断增大，变换器所需的峰值电流也就不断增大，过载限流保护检测信号输入端上的电压也随之升高，直至达到其1.0V的最大值。如果负载持续增大，系统就无法提供足够的能量以保持输出电压的稳定。为了限制最大峰值电流，引脚5上的输入电压也随输出电压的下降而下降。限流过载保护特性（foldback characteristic）如图9所示。

图9限流过载保护特性
　 　在MC44603的过压保护电路中包含一个延迟锁存器，其延迟时间为2μs。这样，当过压状态持续时间超过2μs，延迟锁存器的输出将为高电平，直到VREF被禁止。如果过压状态持续时间超过2μs，控制器的输出将被禁止，直到VCC断开后又重新恢复。当过压比较器的参考电压Vref开始逐渐恢复时，过压保护状态还将继续持续5μs的时间，直到Vref完全恢复，并进入稳定状态，此时VCC才重新恢复正常供电。过压保护控制电路原理图如图10所示。在过压保护信号输入端（引脚6）增加一只外接电阻，可以实现对VCC电平的调节。

图10 过压保护电路原理图
　　在欠压锁定电路中，Vref和Iref由引脚16上的接地电阻Rref决定，如图11所示。而引脚15上的接地电阻RF Stby则用于固定待机频率。

图11 欠压锁定电路原理图

4．典型应用

4.1 125W离线式反激变换器

　　采用MC44603控制的125W离线式反激变换器如图12所示。该变换器中的开关管采用功率MOSFET，其输入电压范围为185VAC～270VAC，工作频率20KHz，效率85％，待机功耗2.46W。

4.2 250W离线式反激变换器

　　采用MC44603控制的250W离线式反激变换器如图13所示。该变换器中的开关管采用双极性晶体管，其输入电压范围为185VAC～270VAC，工作频率20KHz，效率81％，待机功耗3.3W。

5. 小结

　　混合频率模式绿色PWM控制器MC44603可以在变换器输出过载、欠载、短路等故障状态下自动变换工作模式，极大地提高了开关模式变换器设计的灵活性，是电流模式或电压模式控制的中、小功率离线式和DC-DC变换器的理想选择。