原邊反饋AC-DC控制芯片中的關(guān)鍵技術(shù)-芯派

1、.原邊反饋AC-DC控制芯片中的關(guān)鍵技術(shù)原邊反饋方式的AC/DC控制技術(shù)是最近10年間發(fā)展起來的新型AC/DC控制技術(shù)，與傳統(tǒng)的副邊反饋的光耦加431的結(jié)構(gòu)相比，其最大的優(yōu)勢在于省去了這兩個芯片以及與之配合工作的一組元器件，這樣就節(jié)省了系統(tǒng)板上的空間，降低了成本并且提高了系統(tǒng)的可靠性。在手機(jī)充電器等成本壓力較大的市場，以及LED驅(qū)動等對體積要求很高的市場具有廣闊的應(yīng)用前景。 在省去了這些元器件之后，為了實(shí)現(xiàn)高精度的恒流/恒壓(CC/CV)特性，必然要采用新的技術(shù)來監(jiān)控負(fù)載、電源和溫度的實(shí)時變化以及元器件的同批次容差，這就涉及到初級(原邊)調(diào)節(jié)技術(shù)、變壓器容差補(bǔ)償、線纜補(bǔ)償和EMI優(yōu)化技術(shù)。 初

2、級調(diào)節(jié)的原理是通過精確采樣輔助繞組(NAUX)的電壓變化來檢測負(fù)載變化的信息。當(dāng)控制器將MOS管打開時，變壓器初級繞組電流ip從0線性上升到ipeak，公式為。此時能量存儲在初級繞組中，當(dāng)控制器將MOS管關(guān)斷后，能量通過變壓器傳遞到次級繞組，并經(jīng)過整流濾波送到輸出端VO。在此期間，輸出電壓 VO 和二極管的正向電壓 VF 被反射到輔助繞組 NAUX，輔助繞組 NAUX 上的電壓在去磁開始時刻可由公式表示，其中VF是輸出整流二極管的正向?qū)▔航?，在去磁結(jié)束時刻可由公式表示，由此可知，在去磁結(jié)束時間點(diǎn)，次級繞組輸出電壓與輔助繞組具有線性關(guān)系，只要采樣此點(diǎn)的輔助繞組的電壓，并形成由精確參考電壓箝位的

3、誤差放大器的環(huán)路反饋，就可以穩(wěn)定輸出電壓VO。這時的輸出電流IO由公式表示，其中VCS是CS腳上的電壓，其他參數(shù)意義如圖1所示。這是恒壓(CV)模式的工作原理。 圖1 原邊控制應(yīng)用框圖及主要節(jié)點(diǎn)波形圖。 當(dāng)負(fù)載電流超過電流極限時，負(fù)載電流會被箝位在極限電流值，此時系統(tǒng)就進(jìn)入恒流(CC)模式，這里對IO的公式需要加一個限定條件即，即去磁時間與開關(guān)周期的比例保持一個常數(shù)，這樣在CC模式下的輸出電流公式變成了，其中C1是一個小于0.5的常數(shù)，VCSLMT是CS引腳限壓極限值。 在使得去磁時間與開關(guān)周期的比例保持一個常數(shù)后，輸出的電壓和電流就都與變壓器的電感值無關(guān)了，因此在實(shí)用層面上降低了應(yīng)用方案對同

4、批次電感感值一致性的要求，從而降低了大規(guī)模生產(chǎn)加工的成本。 與此同時,原邊反饋系統(tǒng)還會面臨線纜壓降的問題。因?yàn)橄到y(tǒng)不是直接采樣輸出端(次級繞組整流后)的電壓，而是通過采樣輔助繞組的去磁結(jié)束點(diǎn)的電壓來控制環(huán)路反饋的，因此，當(dāng)輸出線較長或者線徑較細(xì)時，在負(fù)載線上會存在較大的內(nèi)阻(例如在充電器方案中)。在負(fù)載電流變化較大的情況下，輸出線的末端電壓也會有較大變化。在CV模式下，這種變化在某些場合是不能接受的，因此，原邊反饋驅(qū)動芯片還應(yīng)該提供對線纜壓降補(bǔ)償?shù)墓δ?，這個功能通常是通過在INV腳上拉一個小電流來實(shí)現(xiàn)的。通過預(yù)估補(bǔ)償值來調(diào)節(jié)連接在INV腳上的分壓電阻的總阻值(分壓比例不變)，從而補(bǔ)償不同負(fù)載線

5、型和負(fù)載大小帶來的線纜壓降，以維持CV曲線的水平性(如圖2 中的CV曲線)。 圖2 原邊反饋AC-DC控制器的工作模式示意圖。 此外，一款好的原邊反饋AC-DC控制器還應(yīng)該具備優(yōu)秀的EMI特性，對于傳導(dǎo)和輻射這兩方面的干擾都應(yīng)該盡可能降低，目前常見的做法是采用抖頻技術(shù)和驅(qū)動信號柔化技術(shù)。抖頻技術(shù)是指在開關(guān)頻率的基頻基礎(chǔ)上引入一個小幅度的頻率變化值，以此來降低在開關(guān)頻率點(diǎn)上的頻譜能量強(qiáng)度，優(yōu)化EMI特性。而驅(qū)動信號柔化技術(shù)則是指將驅(qū)動MOS管柵極的驅(qū)動信號的開啟沿(上升沿)變得比較平滑，以減小MOS管開啟瞬間的能量傳導(dǎo)和輻射，從而進(jìn)一步優(yōu)化EMI特性。 芯聯(lián)半導(dǎo)體推出的CL1100就是一款具備初

6、級(原邊)調(diào)節(jié)技術(shù)、變壓器容差補(bǔ)償、線纜補(bǔ)償和EMI優(yōu)化技術(shù)的原邊反饋AC-DC控制器，并且具有多種保護(hù)功能，例如軟啟動、逐周期的過流保護(hù)(OCP)、CS采樣端前沿消隱(LEB)、以及過壓保護(hù)(OVP)和欠壓保護(hù)(UVLO)。實(shí)測的CL1100的恒壓/恒流特性曲線如圖3所示，該芯片可將恒壓/恒流精度都控制在±3%之內(nèi)。 圖3 CL1100的實(shí)測CV/CC擬合曲線。 本文小結(jié) 隨著小功率隔離AC-DC應(yīng)用向更低成本和更小體積的趨勢發(fā)展，原邊反饋方式的AC-DC控制芯片應(yīng)運(yùn)而生。為了滿足高精度的恒流和恒壓應(yīng)用要求，原邊反饋控制芯片采用了初級(原邊)調(diào)節(jié)技術(shù)、變壓器容差補(bǔ)償、線纜補(bǔ)償和EM