高性能谐振模式控制器MC33066

1.引言

　　MC33066是美国安森美半导体公司（On Semiconductor）推出的一种高性能谐振模式控制器，适用于离线式和DC-DC变换器。下面简要对MC33066的特点、引脚功能、电气参数以及工作原理进行介绍。

2 特点和引脚说明

2.1 特点

　　（1）内置变频振荡器，控制范围达到1000:1；
　　（2）振荡器死区时间编程可控，截止时间可固定；
　　（3）内置精密的可重触发的单发脉冲定时器；
　　（4）内置精密带隙基准电源，可微调；
　　（5）带输出端起箝位功能的5.0MHz误差放大器；
　　（6）双路大电流图腾柱式驱动输出电路；
　　（7）欠压锁定阈值可选；
　　（8）控制器具有使能端；
　　（9）软启动电路可实现编程控制；
　　（10）在离线式变换器应用中，控制器的启动电流低。

2.2 引脚说明

　　MC33066采用PDIP-16和SO-16两种封装形式，下面以PDIP-16为例进行介绍，其引脚排列如图1所示。MC33066的引脚功能简介如下：

　　·Osc Deadtime（引脚1）：振荡器死区时间设置端。该端外接振荡器死区时间设置电阻RDT。
　　·Osc RC（引脚2）：振荡器定时元件接入端。该端外接定时电阻ROSC和定时电容COSC。
　　·Osc Control Current（引脚3）：振荡器最高频率限制端。该端通过电阻RVFO与误差放大器的输出端相连。
　　·GND（引脚4）：信号地。
　　·Vref（引脚5）：精密5V基准电压输出端。
　　·Error Amp Out（引脚6）：误差放大器输出端。该端通过电阻RVFO向引脚3提供偏置。
　　·Error Amp Inverting Input（引脚7）：误差放大器反相输入端。
　　·Error Amp Noninverting Input（引脚7）：误差放大器非反相输入端。
　　·Enable/UVLO Adjust（引脚9）：使能端/欠压锁定阈值调节端。
　　·Fault Input（引脚10）：故障检测信号输入端。
　　·CSoft-Start（引脚11）：软启动电容接入端。该端外接软启动电容。
　　·Drive Output B（引脚12）：驱动输出端B。
　　·Drive Gnd（引脚13）：功率地。
　　·Drive Output A（引脚14）：驱动输出端A。
　　·VCC（引脚15）：偏置电源输入端。
　　·One-Shot RC（引脚16）：单发脉冲定时器外接定时元件接入端。该端外接定时电阻RT和定时电容CT。

3. 额定参数

　　MC33066的额定参数如表1所示。

4. 工作原理

　　MC33066是一种高性能谐振变换控制器，适用于离线式或DC-DC变换器。MC33066采用频率调制，通过固定开关管的导通时间或截止时间实现对谐振变换的控制。该控制器内部集成了死区时间可调的变频振荡器、单发脉冲定时器、带温度补偿功能的精密基准电源、带输出箝位功能的高增益宽带误差放大器、触发电路、软启动电路、故障检测电路、欠压锁定比较器以及双路大电流图腾柱式驱动电路等，其原理框图如图2所示。

4.1 主控制回路

　　在变频振荡器、单发脉冲定时器和误差放大器的共同作用下，MC33066能够实现对输出脉冲宽度及重复率的控制。单发脉冲定时器在振荡器的作用下触发，生成相应的驱动脉冲信号，该信号经过T触发器输入图腾柱式驱动电路。误差放大器对变换器的输出电压进行监测，并对振荡器的工作频率作出相应的调整。在主控制回路中，采用的都是高速肖特基逻辑电路，一方面可以最大限度减小传输延迟时间，另一方面可以提高系统得到高频特性。

4.2 振荡器

　　MC33066采用的是变频控制振荡器。该振荡器触发单发脉冲定时器，并对驱动脉冲进行初始化。另外，单发脉冲定时器外接电容的初始电压以及输出驱动脉冲之间的最小死区时间都由变频振荡器决定。MC33066中振荡器的工作频率可以超过1MHz。误差放大器对振荡器振荡频率范围的控制比例达到1000:1，并且只要外接元件选择恰当，变频振荡器的最低和最高工作频率的确定就比较容易，同时也就能够很好的实现对振荡器频率的编程控制。振荡器还具有调节死区时间的特性，可以灵活控制输出驱动脉冲之间死区时间的大小。
　　图3所示为振荡器和单发脉冲定时器的原理图。晶体管Q1通过外接电阻RDT对振荡器的外接电容COSC进行充电。当COSC上的电压超过振荡器比较器4.9V的上限电压时，晶体管的基极将被下拉至低电平，此时COSC将通过外接电阻及控制器内置的电流源镜像进行放电。当COSC上的电压跌落至3.6V下限电压时，晶体管Q1重新开通，COSC重新开始充电。

　 　注意，外接电阻RDT是可选的。如果不接该电阻，即RDT等于0，则电容COSC由3.6V充至5.1V的时间将低于50ns。由于转换速率过快，加之比较器的传输延迟时间影响，不利于实现对振荡器峰值电压的控制。为此，在晶体管Q1基极上增加了晶体管Q2，Q1通过Q2与5.1V的基准电压相连。这样，振荡器的峰值电压波形就被精确限制在了5.1V。
　　对振荡器振荡频率的控制是通过改变流过电阻RVFO上的控制电流IOSC实现的。控制电流IOSC流入振荡器最高频率限制端（引脚3）。在该控制电流的作用下，单位增益电流镜像向电容COSC汲取同样大小的电流。随着IOSC的上升，COSC的放电进程也随之加快。这样，振荡周期就相应的下降，振荡频率随之提高。当误差放大器的输出电压达到箝位电压上限时，即高出引脚3上的电压2.5V左右时，振荡频率达到最大值。此时，电容COSC的最小放电时间如公式（1）所示。