智能功率开关电源IC设计

偏置电路

       该电路采用三管能隙基准电源，如图4所示。 T2的发射极电压如式(6)所示。由公式可知，利用等效热电压 Vt的正温度系数和Vbe 的负温度系数相互补偿，可使输出基准电压的温度系数接近为零 （由于T6和T2的Vbe相同，所以输出电压 Vref和T2发射极电压相同）。

       3.3 PWM调制电路
 
       由光耦管耦合过来的反应负载变化情况的信号首先经过一个7kHz的低通滤波器，然后送到PWM比较器和振荡器产生的锯齿波进行比较，从而实现脉宽调制。该低通滤波器的频率响应为

       可作为设计参数使用。
 
       3.4 过压保护，欠压锁定电路
 
       设计的内部电路工作电压环境为7.5~8.6V，该电路如图5所示，由比较器C1，C2和电阻R1 、R2、R3、R 4组成。由于迟滞比较器的作用，当Vcc 处于7.5~8.6V时，IC正常运行。当Vcc >8.6V时，C1输出高电平，直接使放电NMOS管导通，进行放电。该NMOS管设计得比较大，这样可以迅速地放电，使IC及时地回到安全状态。若该 Vcc故障仍然存在，将用八分频计数器来计数。这个八分频计数器使得功率MOSFET关闭，电容将在8个连续周期内反复充放电，8个周期后，若故障排除，整个IC进入正常工作状态，功率MOSFET开通。这种设计可大大减少功率MOSFET的耗散功率。当内部工作电压Vcc<7.5V时，C1输出一低电平，关闭驱动，同时驱动高压启动电路，对外接10μF电容进行充电。同时，该低电平也送入计数器计数，这样便实现了自启动功能。一般说来Vcc <7.5V，是由负载短路或过载引起电源变压器的附加线圈输出电压失落，没有足够的电压对芯片供电所致。

      3.5 热关断电路

      热关断电路如图6所示。正常情况下T ＝25℃，Vz＝6.3V，V BE1＝0.75V，VBEH=0.65V，此时 VH = R3 ( Vz -VBE1) / (R2+R3)=0.43V< VBEH

 
 
 
      故Q1不导通，从而Vout 为高电平。

      故障状态，稳压管的温度系数为正，而晶体管的VBE 为负温度系数。设计的温度保护能力(当T＝150℃)为

      同样计算可得VH(150℃)＝0.46V，这样Q 2 导通，Vout为低电平。此信号直接关断功率MOSFET。同时这个脉冲信号也输入到1/8分频器，做计数用。

      3.6 高压启动电路
 
      高压启动电路如图7所示，当IC上电后，整个IC处于建立工作环境的状态。VDMOS的栅极为高电平，则该管导通，Out端有充电电流。当 Vcc达到8.6V时，过压保护电路送来信号 Vstart为一低电平，使得P2导通，这样VDMOS截止。另外 R1的作用是充电电流过大时，使P1、Q1导通，使 VDMOS截止，起到保护作用。此充电电流能力设计值为3mA，超过该值，VDMOS就会截至。根据计算，整个IC建立工作环境所需的时间为40ms，与实际仿真结果相符。
 

       1 引言

       开关电源是近几年电源市场的焦点之一，它最大的优点是大幅度缩小变压器的体积和重量，这样就缩小了整个系统的体积和重量。一般说来，开关电源的重量是线性电源的1/4，相应的体积大概是线性电源的1/3。所以开关电源对低档的线性电源，尤其是20W以下的线性电源构成了威胁，大有取而代之之势。但是传统的开关电源除了PWM 和功率MOSFET之外还包括50个左右的分立元件，这不但增加了成本、体积，而且还使可靠性受到了影响。这主要是生产工艺上的原因，开关电源在集成化上一直没有突破。

       近几年，随着生产工艺技术的成熟，已经能将低压控制单元和高压大功率管集成到同一块芯片之中。TI、ON SemIConductor、Power、 Integrations等公司都已经有类似的产品，而国内则几乎是一片空白。由于开关电源在体积、重量、效率以及可靠性上的优势，它的研究和发展速度是惊人的。
 
        其主要应用领域有：①邮电通信：作程控交换机、移动通信基站电源；②计算机：作为各种PC机、服务器、工业控制机的开关电源；③家用电子产品：目前使用开关电源的家用电子产品有电视机、影碟机等；④其他行业：如电力、航天、军事等领域。