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。
开关电源 相关文章:
- EMI噪声分析及EMI滤波器的设计(10-07)
- 开关电源的EMC设计(09-15)
- 多层线路板在开关电源电路中应用(11-07)
- 双激式开关电源变压器存在的风险(01-20)
- 开关电源的分类及应用(02-17)
- 开关电源控制环路如何设计(04-11)