電源技術(shù)講解

1、第4講 脈寬調(diào)制電路與保護電路4.1 脈寬調(diào)制電路與集成控制器4.2 控制用輔助電源與啟動電路4.3 過電流與過電壓保護電路4.4 最新集成控制器的發(fā)展趨勢與關(guān)鍵問題4.1 脈寬調(diào)制電路與集成控制器1 他激式脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源他激式脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源構(gòu)成框圖T1D1L1C1Q1R1V1D2R2振 蕩 器振 蕩 器PWM+-原理：的輸出。，控制果送至進行放大。放大結(jié)對比較結(jié)果誤差相比較，并由壓上，與基準電送到輸出電壓經(jīng)分壓器PWMPWMAVAR輸出電壓低時，脈寬變寬。輸出電壓高時，脈寬變窄。脈寬調(diào)制電路之使用單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路振 蕩 器觸 發(fā) 器單 穩(wěn) 態(tài) 多 諧 振 蕩 器輸出輸出A輸出

2、輸出B使用單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的脈寬調(diào)制電路構(gòu)成框圖T調(diào)整RC時間常數(shù)，可改變脈寬T。缺點：脈寬不能為零。脈寬窄時，重復脈缺點：脈寬不能為零。脈寬窄時，重復脈沖易引起誤動作！沖易引起誤動作！脈寬調(diào)制電路之使用比較器電路鋸 齒 波 （ 三 角 波 ） 振 蕩 器V1觸觸發(fā)發(fā)器器輸輸出出A輸輸出出B調(diào)整VC，可改變脈寬T。優(yōu)點：脈寬可以從零到任意值變化?？刂苾?yōu)點：脈寬可以從零到任意值變化?？刂茰蚀_，耐噪聲能力強！準確，耐噪聲能力強！TL494TL494是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，它包含了開關(guān)電源控制所需的全部功能，廣泛應用于單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關(guān)電源。主要特征1、集成了全部的脈寬調(diào)制電路。

3、2、片內(nèi)置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個（一個電阻和一個電容）。3、內(nèi)置誤差放大器。4、內(nèi)置5V參考基準電壓源。5、可調(diào)整死區(qū)時間。6、內(nèi)置功率晶體管可提供500mA的驅(qū)動能力。7、推挽和單端兩種輸出方式。外觀圖外觀圖引腳圖引腳圖 TL494TL494工作原理簡述工作原理簡述 TL494是一個固定頻率的脈沖寬度調(diào)制電路，內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個電阻和一個電容進行調(diào)節(jié)，其振蕩頻率如下：ZTTkHCRf2 . 1電容電容C CT T上的正向鋸齒波信號分別加到死區(qū)比較器和上的正向鋸齒波信號分別加到死區(qū)比較器和PWMPWM比較器的比較器的反相輸入端，與另外兩個控制信號進行

4、比較，實現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制。反相輸入端，與另外兩個控制信號進行比較，實現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制。脈沖寬度調(diào)制信號加到門電路的輸入端，經(jīng)觸發(fā)器分頻，由門電脈沖寬度調(diào)制信號加到門電路的輸入端，經(jīng)觸發(fā)器分頻，由門電路驅(qū)動路驅(qū)動TL494TL494內(nèi)部的兩個輸出三極管內(nèi)部的兩個輸出三極管Q1Q1和和Q2Q2交替導通和截止，通交替導通和截止，通過引腳過引腳8 8和引腳和引腳1111向外輸出相位相差向外輸出相位相差180180的脈寬調(diào)制控制脈沖。的脈寬調(diào)制控制脈沖。功率輸出管功率輸出管Q1Q1和和Q2Q2受控于或非門，即只有在鋸齒波電壓大于引腳受控于或非門，即只有在鋸齒波電壓大于引腳3 3和引腳和引腳4 4上的輸入控制

5、信號時才會被選通。當控制信號幅值增加上的輸入控制信號時才會被選通。當控制信號幅值增加時，輸出脈沖的寬度將減小，如下頁圖所示。時，輸出脈沖的寬度將減小，如下頁圖所示。TL494脈沖控制波形脈沖控制波形 工作原理工作原理TL494電路圖如下頁圖所示，主要由死區(qū)時間比較器、脈寬調(diào)制比較器、誤差放大器、觸發(fā)器、基準電壓發(fā)生器等幾大部分構(gòu)成?？刂菩盘栍赏獠枯斎?，分別送往死區(qū)時間比較器和誤差放大器。其中，死區(qū)時間比較器用于限制最小輸出死區(qū)時間(約為鋸齒波周期的4%)，一旦將死區(qū)控制端接固定電壓，便可在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時間。脈沖寬度調(diào)制比較器用于協(xié)助誤差放大器進行輸出脈寬的調(diào)節(jié)，由于誤差放大器的輸出

6、端經(jīng)常處于高電平的狀態(tài)，它與脈沖寬度調(diào)制器的反相輸入端進行“或”運算，使得誤差放大器僅需最小的輸出即可支配控制電路。 當比較器CT放電，一個正脈沖出現(xiàn)在死區(qū)比較器的輸出端，受脈沖約束的雙穩(wěn)觸發(fā)器進行計時，同時停止輸出管Q1和Q2的工作。若輸出控制端連接到參考電壓源，那么調(diào)制脈沖交替輸出至兩個輸出晶體管，輸出頻率等于脈沖振蕩器的一半。如果工作于單端狀態(tài)，且最大占空比小于50%時，輸出驅(qū)動信號分別從晶體管Q1或Q2取得。輸出變壓器一個反饋繞組及二極管提供反饋電壓。在單端工作模式下，當需要更高的驅(qū)動電流輸出，亦可將Q1和Q2并聯(lián)使用，這時，需將輸出模式控制腳接地以關(guān)閉雙穩(wěn)觸發(fā)器。這種狀態(tài)下，輸出的脈

7、沖頻率將等于振蕩器的頻率。 TL494內(nèi)置一個5.0V的基準電壓源，使用外置偏置電路時，可提供高達10mA的負載電流，在典型的070溫度范圍50mV溫漂條件下，該基準電壓源能提供5%的精確度。 TL494的典型電氣參數(shù)的典型電氣參數(shù)3289165711414131712101819162022232115252627245V穩(wěn)壓電路TL494TL494的觸發(fā)器與輸出電路的觸發(fā)器與輸出電路TL494典型實用電路典型實用電路-推挽式輸出小功率開關(guān)穩(wěn)壓電源 TL494TL494典型實用電路典型實用電路-汽車音響開關(guān)電源電路汽車音響開關(guān)電源電路TL494TL494典型實用電路典型實用電路-逆變器電路逆

8、變器電路TL494TL494典型實用電路典型實用電路TL494TL494典型實用電路典型實用電路輔助電源用自激式直流輔助電源用自激式直流-直流變換器直流變換器輔助電源輸出直流輸入.100-160V.T1用光耦合器對用光耦合器對1 1次與次與2 2次間進行隔離的控制電路次間進行隔離的控制電路TL494TL494中誤差放大器的輸出電路中誤差放大器的輸出電路11535V穩(wěn)壓穩(wěn)壓電源電源FEEDBACK振蕩器振蕩器FF輸入輸入4.2 控制用輔助電源與啟動電路具有獨立輔助電源而檢測電路與具有獨立輔助電源而檢測電路與PWM電路采用同一電源實例電路采用同一電源實例交流輸入不使用逆變器的場合T1T2T3123

9、4568101112PWM139161715718Ln2(9)9141920交流輸入直流直流-交交流逆變器流逆變器T1T21871765421PWM10Ln4(8)8Ln5(13)1316啟 動 電 路Ln1(3)3啟 動 電 路11PWMPWMLn6(12)1214191591.控制用輔助電源檢測電路與檢測電路與PWM電路電源各自獨立電路電路電源各自獨立電路1. 控制用輔助電源使用變壓器傳送信號使用變壓器傳送信號交交流流輸輸入入Tr2Tr1T2T1PWM612411Ln1(10)10Ln2(3)351491216Ln3(13啟動電路啟動電路啟動電路啟動時，通過R2和

10、Tr1為PWM 提供電源；Tr1Tr2T1PWM與 啟 動 電 路R1R2 4610Ln4(1)Ln5(2)285161379+-DC100160V啟動后，由變壓器輔助繞組為PWM 提供電源；啟動后，當變壓器輔助繞組供給電壓高于穩(wěn)壓二極管電壓則Tr1截止。故Tr1和R2僅在啟動時消耗功率。Tr1選電流放大倍數(shù)高的管子；選電流放大倍數(shù)高的管子；R2選承受大功率的品種或不燃性電阻。選承受大功率的品種或不燃性電阻。（防止當（防止當Tr1或或IC損壞時造成功率損耗增大或產(chǎn)生火花。損壞時造成功率損耗增大或產(chǎn)生火花。2 啟動電路R1R2R3C1Tr1Tr21R49R52103C28T145616711PW

11、M與啟與啟動電動電路路DC100160V啟動電路啟動電路DZ1DZ2電源接通時，通過電阻R2對C1充電，C1電壓上升,當PUT陽極電位高于DZ1穩(wěn)定電壓時，PUT導通，電容C1上電壓通過Tr1加到PWM上。2 啟動電路啟動電路啟動電路T1RSCF帶 常 備 用 功 能 IC6Ln1(10)10Ln2(4)42Ln4(1)11151673+-存在問題（a）（b）（c）（d）（d）當負載為CPU等時，可能使CPU通電復位電路不能正常工作。（b）（c）輸出電壓波形有過沖，形成過壓加到負載上。（a）是輸出電壓理想波形產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因補償措施補償措施4.3 過電流與過電壓保護電路C1R1DVRR2C2V

12、CC5VRS控制信號控制信號的輸出的輸出輸出輸出VOIO恒流型過電流保護電路恒流型過電流保護電路輸出電流減小。變窄，輸出電壓下降，輸出控制信號，使脈寬，進行比較，若和，將電壓上的電壓為檢測電阻在，負載電流進行分壓，對基準電壓和電阻AVVVVRIVRIVRRRVVRRSRSRSOSSORRR22212221過電流保護電路過電流保護電路IOISIMVO。啟動電源題。因此采用現(xiàn)輸出電壓不升高的問點的補償電壓，則會出。故若降低放大器工作，過電流保護工作點為上輸出電壓為劇下降。理論有過載，輸出電壓會急而改變，增益高時，稍放大器的增益例，隨過電流保護反饋阻變化時的電流下降比。相對負載電和負載構(gòu)成的橋式電路

13、、檢測電路由STSVRRR0021)(122344RRRRRRRVISOM過電流設定值)(4334435RRRRRRRRVISSTS短路電流RSR1R2R3R4DVCCRS1316VO+VSTIO過電流保護電路過電流保護電路IOISIMVO)(122344RRRRRRRVISOM過電流設定值)(511RRRRVISSTS短路電流R1R2DRS1DFD2C1C2R4R5D1RS2DF1D3C3C4R111電源電源A電源電源B+VST+VSTIO負載負載故障當電源A 上升延遲后，電源B的輸出通過續(xù)流二極管DF流通，電源A的輸出變?yōu)榉礃O性。若輸出電壓極性變反，則電源A的過電流保護動作，電源A永遠不會

14、上升。R1R2R3R4DVCCRS1輸出輸出防止故障電路4.4 最新集成控制器的發(fā)展趨勢與關(guān)鍵問題1.SG3525SG3525是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強的單片集成PWM控制芯片，它簡單可靠及使用方便靈活，輸出驅(qū)動為推拉輸出形式，增加了驅(qū)動能力；內(nèi)部含有欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路、PWM鎖存器，有過流保護功能，頻率可調(diào)，同時能限制最大占空比。芯片特點1)工作電壓范圍寬：835V。2)內(nèi)置51V10%的基準電壓源。3)芯片內(nèi)振蕩器工作頻率寬100Hz400kHz。4)具有振蕩器外部同步功能。5)死區(qū)時間可調(diào)。為了適應驅(qū)動快速場效應管的需要，末級采用推拉式工作電路，使開關(guān)速度更陜，末級輸出

15、或吸入電流最大值可達400mA。6)內(nèi)設欠壓鎖定電路。當輸入電壓小于8V時芯片內(nèi)部鎖定，停止工作(基準源及必要電路除外)，使消耗電流降至小于2mA。7)有軟啟動電路。比較器的反相輸入端即軟啟動控制端芯片的引腳8，可外接軟啟動電容。該電容器內(nèi)部的基準電壓Uref由恒流源供電，達到25V的時間為t=(25V/50A)C，占空比由小到大(50%)變化。8)內(nèi)置PWM(脈寬調(diào)制)。鎖存器將比較器送來的所有的跳動和振蕩信號消除。只有在下一個時鐘周期才能重新置位，系統(tǒng)的可靠性高。內(nèi)置5.1V精密基準電源，基準電壓源采用三端穩(wěn)壓電路，工作電壓范圍寬，其輸入電壓VCC可在8V35V范圍內(nèi)變化，通常采用+15V

16、，其輸出電壓VST5.1V，精度1.0%，具有溫度補償功能。由于基準電壓在誤差放大器的共模輸入范圍內(nèi)，因此無須外接分壓電阻。基準電壓源提供芯片內(nèi)部工作電路的電源，也可從基準電壓端引腳16輸出，提供輸出電流50mA，設有過流保護電路 。 SG3525中設置了欠壓鎖定電路，在欠壓狀態(tài)下，即Vcc2.5V時，欠壓鎖定電路即開始工作，直至Vcc=8V。在Vcc達到8V之前，電路內(nèi)部各部分都已建立了正常的工作狀態(tài)，而當Vcc從8V降至7.5V時，欠壓鎖定電路則又開始恢復工作，控制器內(nèi)部電路鎖定，除基準電源和一些必要電路之外，其他部分停止工作，此時控制器消耗的電流極小，降至約2mA。 振蕩器工作頻率范圍寬

17、，為100Hz400kHz，死區(qū)時間可調(diào)，并且具有外部同步功能。振蕩電路從基準電壓源取得雙門限電壓，其高門限電壓VH =9.3V，低門限電壓VL = 0.9V。在SG3525中，除了定時電容CT引腳5和定時電阻RT兩個引腳6外，又增加了一個同步端引腳3和一個放電端引腳7， CT取值范圍為0.001u F到0.1u F， 10.67TTtR C21.3DTtR C 當需要多個芯片同步工作時，每個芯片有各自的震蕩頻率，但幾個芯片的工作當需要多個芯片同步工作時，每個芯片有各自的震蕩頻率，但幾個芯片的工作頻率不能相差太大，此時可以將振蕩器的同步信號輸入端引腳頻率不能相差太大，此時可以將振蕩器的同步信號

18、輸入端引腳3接外部同步脈沖信接外部同步脈沖信號，實現(xiàn)與外電路的同步，同步脈沖的頻率應比震蕩頻率號，實現(xiàn)與外電路的同步，同步脈沖的頻率應比震蕩頻率FOSC略低一些。分別將略低一些。分別將多只多只SG3525的的4腳和腳和3腳相連，這時所有芯片與最快的芯片工作頻率同步，也可以腳相連，這時所有芯片與最快的芯片工作頻率同步，也可以使單個芯片以外部時鐘頻率工作。如不需多個芯片同步工作時，使單個芯片以外部時鐘頻率工作。如不需多個芯片同步工作時，3腳和腳和4腳懸空。腳懸空。 CT周期性充電和放電形成的鋸齒波送至周期性充電和放電形成的鋸齒波送至PWM比較器的同相輸入端，反向輸入比較器的同相輸入端，反向輸入端增

19、加至兩個，一個反相輸入端連接誤差放大器的輸出信號，另一個連接外部控制端增加至兩個，一個反相輸入端連接誤差放大器的輸出信號，另一個連接外部控制信號。誤差放大器由兩級差分放大器構(gòu)成，其直流開環(huán)放大倍數(shù)為信號。誤差放大器由兩級差分放大器構(gòu)成，其直流開環(huán)放大倍數(shù)為80dB 左右，誤左右，誤差放大器的反相輸入端引腳差放大器的反相輸入端引腳1通常連接到電源輸出電壓的電阻分壓器上，對輸出電通常連接到電源輸出電壓的電阻分壓器上，對輸出電壓取樣反饋，同相輸入端引腳壓取樣反饋，同相輸入端引腳2通常接到基準電壓引腳通常接到基準電壓引腳16的電阻分壓器上，取得的電阻分壓器上，取得2.5V的基準電壓作為參考電壓，誤差放

20、大器的比較輸出信號與鋸齒波電壓信號的基準電壓作為參考電壓，誤差放大器的比較輸出信號與鋸齒波電壓信號 12111(0.671.3)TDTfTttRRC SG3525內(nèi)置有軟啟動電路，在軟啟動輸入端引腳內(nèi)置有軟啟動電路，在軟啟動輸入端引腳8外接軟啟動電容外接軟啟動電容Css。接通。接通電源瞬間，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動電容相連的電源瞬間，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動電容相連的PWM比較器反比較器反相輸入端處于低電平，相輸入端處于低電平，PWM比較器輸出高電平，比較器輸出高電平，PWM鎖存器的輸出也為高電平，鎖存器的輸出也為高電平，該高電平通過或非門輸出邏輯控制電路，使輸

21、出晶體管截止。上電過程中，該高電平通過或非門輸出邏輯控制電路，使輸出晶體管截止。上電過程中，SG3525內(nèi)部的內(nèi)部的50uA恒流源對電容恒流源對電容CSS充電，電容兩端電壓線性緩慢升高，充電，電容兩端電壓線性緩慢升高，PWM比較器輸出比較器輸出PWM脈沖的占空比從零逐漸增加到最大（脈沖的占空比從零逐漸增加到最大（50%），完成軟啟動過程，），完成軟啟動過程， SG3525采用關(guān)斷控制電路進行限流控制，包括逐個脈沖電流限制和直流輸出電流采用關(guān)斷控制電路進行限流控制，包括逐個脈沖電流限制和直流輸出電流的限流控制。當過流脈沖信號送至關(guān)閉控制端引腳的限流控制。當過流脈沖信號送至關(guān)閉控制端引腳10時，電

22、壓超過時，電壓超過0.7V時，芯片將時，芯片將進行限流操作，當關(guān)斷引腳引腳進行限流操作，當關(guān)斷引腳引腳10電壓超過電壓超過1.4V時，時，PWM鎖存器將立即動作，禁鎖存器將立即動作，禁止止SG3525的輸出，直至下一個時鐘周期才能恢復，同時，通過外接軟啟動電容放的輸出，直至下一個時鐘周期才能恢復，同時，通過外接軟啟動電容放電，放電電流為電，放電電流為150uA。如果引腳。如果引腳10的該高電平信號持續(xù)時間較長，軟啟動電容將的該高電平信號持續(xù)時間較長，軟啟動電容將充分放電，直到關(guān)斷信號結(jié)束，才重新進入軟啟動過程。如果關(guān)斷信號為短暫的高充分放電，直到關(guān)斷信號結(jié)束，才重新進入軟啟動過程。如果關(guān)斷信號

23、為短暫的高電平，電平，PWM信號將被中止，但此時軟啟動電容沒有明顯的放電過程。故通過引腳信號將被中止，但此時軟啟動電容沒有明顯的放電過程。故通過引腳10可實現(xiàn)逐個脈沖的過流限制。注意，可實現(xiàn)逐個脈沖的過流限制。注意，Shutdown引腳不能懸空，應通過接地電阻引腳不能懸空，應通過接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號耦合進來的噪音信號影響可靠接地，以防止外部干擾信號耦合進來的噪音信號影響SG3525的正常工作。的正常工作。 鎖存器由鎖存器由PWM高電平和關(guān)斷電路置位，封鎖輸出，由振蕩器輸出脈沖復位。高電平和關(guān)斷電路置位，封鎖輸出，由振蕩器輸出脈沖復位。當關(guān)斷電路工作時，即使過電流信號立即消失，鎖

24、存器也可以維持一個周期的關(guān)斷，當關(guān)斷電路工作時，即使過電流信號立即消失，鎖存器也可以維持一個周期的關(guān)斷，直到下一周期時鐘信號使鎖存器復位。直到下一周期時鐘信號使鎖存器復位。 62.550 10sstC 為了適應驅(qū)動快速場效應管的需要，為了適應驅(qū)動快速場效應管的需要，SG3525的輸出級采用推挽式結(jié)構(gòu)，雙通的輸出級采用推挽式結(jié)構(gòu)，雙通道輸出，關(guān)斷速度更快。鎖存器輸出的道輸出，關(guān)斷速度更快。鎖存器輸出的PWM信號、振蕩器的時鐘信號和觸發(fā)器的方信號、振蕩器的時鐘信號和觸發(fā)器的方波信號經(jīng)過或非邏輯控制電路驅(qū)動輸出，當所有信號為低電平時，輸出級晶體管導波信號經(jīng)過或非邏輯控制電路驅(qū)動輸出，當所有信號為低電

25、平時，輸出級晶體管導通。由于觸發(fā)器的兩個輸出和互補，輸出通。由于觸發(fā)器的兩個輸出和互補，輸出A引腳引腳11和輸出和輸出B引腳引腳14交替輸出高電交替輸出高電平，其寬度和平，其寬度和PWM信號的負脈沖相等。脈沖很窄的時鐘信號輸入到邏輯或非門電路，信號的負脈沖相等。脈沖很窄的時鐘信號輸入到邏輯或非門電路，可使兩個門的輸出同時有一段低電平，以產(chǎn)生死區(qū)時間。輸出可使兩個門的輸出同時有一段低電平，以產(chǎn)生死區(qū)時間。輸出A和輸出和輸出B分別輸出相分別輸出相位相差位相差180的的PWM信號，占空比信號，占空比0-50%可調(diào)，其拉電流和灌電流峰值達可調(diào)，其拉電流和灌電流峰值達200mA。由于存在開閉滯后，使流出

26、和吸收間出現(xiàn)重迭導通。在重迭處有一個電流尖脈沖，由于存在開閉滯后，使流出和吸收間出現(xiàn)重迭導通。在重迭處有一個電流尖脈沖，起持續(xù)時間約為起持續(xù)時間約為 l00ns。可以在?？梢栽?3腳處接一個約腳處接一個約0. luf 的電容濾去電壓尖峰。的電容濾去電壓尖峰。 引引腳腳13作為推挽輸出級的電壓源，可以和作為推挽輸出級的電壓源，可以和15腳共用一個電源，也可用更高電壓的電源，腳共用一個電源，也可用更高電壓的電源，提高輸出級輸出功率，其輸入電壓范圍是提高輸出級輸出功率，其輸入電壓范圍是4.5V-35V。由于存在開閉滯后，使輸出和。由于存在開閉滯后，使輸出和吸收之間出現(xiàn)重疊導通，在重疊處有一個電流尖脈

27、沖，持續(xù)時間約為吸收之間出現(xiàn)重疊導通，在重疊處有一個電流尖脈沖，持續(xù)時間約為100ns，所以，所以通常在引腳通常在引腳13連接一個約連接一個約0.1uf 的電容濾去電壓尖峰。的電容濾去電壓尖峰。 SG3525單端輸出 驅(qū)動功率MOSFET驅(qū)動半橋式變換器DC-DC推挽變換器 UC3842引腳排列 UC3842內(nèi)部集成了振蕩器、具有溫度補償?shù)母咴鲆嬲`差放大器、電流檢測比較器、推挽式輸出電路、輸入和基準欠電壓鎖定電路以及PWM鎖存器電路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本外圍電路如下頁圖所示。 UC3842內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本外圍電路 1cdftt 在在CT放電期間，振蕩器產(chǎn)生一個內(nèi)部消隱脈沖保持放電期間，振蕩器產(chǎn)生一個

28、內(nèi)部消隱脈沖保持“或非或非”門的中間輸入為高電平，門的中間輸入為高電平，輸出為低狀態(tài)，從而產(chǎn)生了一個可控的輸出死區(qū)時間。下頁圖為輸出為低狀態(tài)，從而產(chǎn)生了一個可控的輸出死區(qū)時間。下頁圖為RT與振蕩器頻率關(guān)與振蕩器頻率關(guān)系曲線，下頁圖為輸出死區(qū)時間與頻率關(guān)系曲線，兩組曲線都對應給定的系曲線，下頁圖為輸出死區(qū)時間與頻率關(guān)系曲線，兩組曲線都對應給定的CT值。盡值。盡管不同的管不同的RT和和CT組合可以產(chǎn)生相同的震蕩頻率，但在給定的頻率下只有一組滿足組合可以產(chǎn)生相同的震蕩頻率，但在給定的頻率下只有一組滿足特定的輸出死區(qū)時間，所以應當首先根據(jù)死區(qū)時間的要求確定定時電容的取值，再特定的輸出死區(qū)時間，所以應當

29、首先根據(jù)死區(qū)時間的要求確定定時電容的取值，再根據(jù)給定的頻率得到定時電阻的阻值。根據(jù)給定的頻率得到定時電阻的阻值。 111.8()()()cTTf kHzTtRkCFRT與振蕩器頻率關(guān)系曲線 輸出死區(qū)時間與頻率關(guān)系曲線 的偏置電壓連接誤差放大器的同相輸入端，最大輸入偏置電流為的偏置電壓連接誤差放大器的同相輸入端，最大輸入偏置電流為2.0uA。誤差放大。誤差放大器的反相輸入端引腳器的反相輸入端引腳2通常連接反饋電壓，與誤差放大器同相端的通常連接反饋電壓，與誤差放大器同相端的2.5V 基準電壓進基準電壓進行比較，產(chǎn)生偏差電壓，從而控制脈沖寬度。誤差放大器的輸出電壓經(jīng)過兩個二極行比較，產(chǎn)生偏差電壓，從

30、而控制脈沖寬度。誤差放大器的輸出電壓經(jīng)過兩個二極管壓降（約為管壓降（約為1.4V）后通過）后通過2：1電阻分壓至原來的電阻分壓至原來的1/3，連接至電流檢測比較器的，連接至電流檢測比較器的反相輸入端，同時采用穩(wěn)壓管箝位在反相輸入端，同時采用穩(wěn)壓管箝位在1.0V，即電流檢測比較器的反相輸入端最高電，即電流檢測比較器的反相輸入端最高電壓不超過壓不超過1.0V。誤差放大器的輸出端通過引腳。誤差放大器的輸出端通過引腳1引出，可以在引腳引出，可以在引腳1和引腳和引腳2之間接之間接入負反饋電阻和負反饋電容，用于外部回路補償，控制脈沖寬度。增加頻帶寬度，入負反饋電阻和負反饋電容，用于外部回路補償，控制脈沖寬

31、度。增加頻帶寬度，消除高頻寄生振蕩。消除高頻寄生振蕩。 電流檢測比較器的同相輸入端引腳電流檢測比較器的同相輸入端引腳3通常作為外部的電流取樣輸入，連接電路如下通常作為外部的電流取樣輸入，連接電路如下頁圖所示。取樣電阻頁圖所示。取樣電阻RS直接與功率電路相連，將場效應開關(guān)管直接與功率電路相連，將場效應開關(guān)管Q1的源極電流，也的源極電流，也就是就是Q1的漏極和開關(guān)變壓器的漏極和開關(guān)變壓器T的初級繞組中的電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，輸入的初級繞組中的電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，輸入電流檢測比較器，波形如時序圖所示。其波形的寬窄和幅值的大小決定于電流檢測比較器，波形如時序圖所示。其波形的寬窄和幅值的大

32、小決定于Q1導通時導通時間的長短，導通時間越長，其寬度就越寬，幅值越高。在正常工作狀態(tài)下，峰值電間的長短，導通時間越長，其寬度就越寬，幅值越高。在正常工作狀態(tài)下，峰值電流由引腳流由引腳1的電壓控制，計算公式為：的電壓控制，計算公式為： 或者可以通過電流互感器與功率電路相連，以減小功耗。由于輸出整流二極管的反或者可以通過電流互感器與功率電路相連，以減小功耗。由于輸出整流二極管的反向恢復時間或者電源變壓器內(nèi)部寄生電容的影響，在電流波形的上升沿將產(chǎn)生很大向恢復時間或者電源變壓器內(nèi)部寄生電容的影響，在電流波形的上升沿將產(chǎn)生很大的電流尖峰脈沖，導致控制器的輸出脈沖意外中斷。為了抑制尖峰脈沖，可以在電的電

33、流尖峰脈沖，導致控制器的輸出脈沖意外中斷。為了抑制尖峰脈沖，可以在電流檢測輸入端增加一個流檢測輸入端增加一個RC濾波網(wǎng)絡，其時間常數(shù)與尖峰電流持續(xù)的時間大致相等，濾波網(wǎng)絡，其時間常數(shù)與尖峰電流持續(xù)的時間大致相等，約為幾百納秒。約為幾百納秒。(1)1.43pinpkSVVIR(max)1.0pkSVIR 35W開關(guān)電源電路 化了電源外圍電路，提高了可靠性，降低了成本，使得電源化了電源外圍電路，提高了可靠性，降低了成本，使得電源的設計更加簡單快捷。此外由于的設計更加簡單快捷。此外由于PWM控制器和控制器和MOSFET功率開關(guān)管是在管殼內(nèi)連功率開關(guān)管是在管殼內(nèi)連接的，連線極短，這就消除了高頻輻射現(xiàn)象

34、，改善了電源的電磁兼容性能。接的，連線極短，這就消除了高頻輻射現(xiàn)象，改善了電源的電磁兼容性能。 TOPSwitch的產(chǎn)品分類及最大輸出功率POM（單位：W） （a）TO-220封裝 （b）DIP-8、SMD-8封裝TOPSwitch引腳排列 源極源極S是片內(nèi)輸出功率管是片內(nèi)輸出功率管MOSFET的源極，對于的源極，對于TO-220封裝，與芯片外殼相連，封裝，與芯片外殼相連，對于對于DIP-8和和SMD-8封裝，有封裝，有6個互相連通的引腳，其中個互相連通的引腳，其中1、2、3引腳作為信號地，引腳作為信號地，6、7、8則為高壓返回端（則為高壓返回端（HV RTN），即功率地。這兩組引腳連接到印刷

35、電路板地線），即功率地。這兩組引腳連接到印刷電路板地線區(qū)域的不同位置，可以避免大電流通過功率地線形成壓降，對控制端產(chǎn)生干擾。區(qū)域的不同位置，可以避免大電流通過功率地線形成壓降，對控制端產(chǎn)生干擾。 控制極控制極C是誤差放大電路和反饋電流的輸入端。在正常工作時，由內(nèi)部并聯(lián)調(diào)是誤差放大電路和反饋電流的輸入端。在正常工作時，由內(nèi)部并聯(lián)調(diào)整器提供內(nèi)部偏流。系統(tǒng)關(guān)閉時，可激發(fā)輸入電流，同時也是提供旁路、自動重起整器提供內(nèi)部偏流。系統(tǒng)關(guān)閉時，可激發(fā)輸入電流，同時也是提供旁路、自動重起和補償功能的電容連接點。和補償功能的電容連接點。 (1)輸入交流電壓和頻率的范圍極寬。固定電壓輸入時可選輸入交流電壓和頻率的范

36、圍極寬。固定電壓輸入時可選110V115V230V交流交流電，精度電，精度15，寬電壓范圍輸入時，適配，寬電壓范圍輸入時，適配85V265V交流電，但交流電，但POM值要比前者值要比前者降低降低40。 (2)開關(guān)頻率的典型值為開關(guān)頻率的典型值為100kHz，允許范圍是，允許范圍是90kHz110kHz，占空比調(diào)節(jié)范圍是，占空比調(diào)節(jié)范圍是1.767。(3)溫度范圍溫度范圍0-70攝氏度，最高結(jié)溫攝氏度，最高結(jié)溫135攝氏度。攝氏度。(4)電源效率可達電源效率可達80左右，比線性集成穩(wěn)壓電源提高了近一倍。左右，比線性集成穩(wěn)壓電源提高了近一倍。TOPSwitch-將脈寬調(diào)制（將脈寬調(diào)制（PWM）控制

37、系統(tǒng)的全部功能集成到三端芯片中，內(nèi)置）控制系統(tǒng)的全部功能集成到三端芯片中，內(nèi)置脈寬調(diào)制器、功率開關(guān)場效應管（脈寬調(diào)制器、功率開關(guān)場效應管（MOSFET）、高頻振蕩器、自動偏置電路、保護）、高頻振蕩器、自動偏置電路、保護電路、高壓啟動電路和環(huán)路補償電路等，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。電路、高壓啟動電路和環(huán)路補償電路等，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖自動重啟動電路一自動重啟動電路一 TOPSwitch 內(nèi)部電壓取自具有溫度補償?shù)膸痘鶞孰妷涸?，此基準電壓源產(chǎn)內(nèi)部電壓取自具有溫度補償?shù)膸痘鶞孰妷涸?，此基準電壓源產(chǎn)生可微調(diào)的溫度補償電流源，來精確調(diào)節(jié)振蕩器頻率和生可微調(diào)的溫度補償電流源，來精確調(diào)節(jié)振蕩器頻率和M

38、OSFET柵極驅(qū)動電流。柵極驅(qū)動電流。 內(nèi)部振蕩電容在所設定的上、下閾值電壓內(nèi)部振蕩電容在所設定的上、下閾值電壓VH，VL之間周期性地線性充、放電之間周期性地線性充、放電便產(chǎn)生了脈寬調(diào)制所需要的鋸齒波（便產(chǎn)生了脈寬調(diào)制所需要的鋸齒波（SAW）；與此同時還產(chǎn)生最大占空比信號）；與此同時還產(chǎn)生最大占空比信號Dmax和時鐘信號和時鐘信號CLOCK。為減小電磁干擾，提高電源效率，振蕩頻率即開關(guān)頻率。為減小電磁干擾，提高電源效率，振蕩頻率即開關(guān)頻率設計為設計為100kHz 當加到控制端的反饋電流超過所需電流值時，就通過誤差放大器進行分流，確當加到控制端的反饋電流超過所需電流值時，就通過誤差放大器進行分流

39、，確保保VC=5.7V。誤差放大器的電壓基準取自溫度補償帶隙基準電壓，控制端電流。誤差放大器的電壓基準取自溫度補償帶隙基準電壓，控制端電流IC可可直接取自反饋電路，亦可接光耦反饋電路，由光耦合器輸出控制電流并實現(xiàn)電氣隔直接取自反饋電路，亦可接光耦反饋電路，由光耦合器輸出控制電流并實現(xiàn)電氣隔離，能提高控制靈敏度。離，能提高控制靈敏度。 通過改變控制端電流通過改變控制端電流IC的大小，能連續(xù)調(diào)節(jié)脈沖占空比，實現(xiàn)脈寬調(diào)制（的大小，能連續(xù)調(diào)節(jié)脈沖占空比，實現(xiàn)脈寬調(diào)制（PWM）。）。D與與IC呈線性關(guān)系，特性曲線如圖呈線性關(guān)系，特性曲線如圖7-25所示。在所示。在IC=2-6mA范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，D與與I

40、C呈線性關(guān)呈線性關(guān)系。系。 電流與占空比的關(guān)系當控制端電流IC流過電阻RFB時，產(chǎn)生誤差電壓Vr，經(jīng)由RA，CA組成的截止頻率為7kHz低通濾波器，降低開關(guān)噪聲的影響，加至PWM比較器的同相輸入端，再與鋸齒波電壓VJ進行比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號VPWM。柵極驅(qū)動器以一定的受控速率使輸出級MOSFET導通，從而使共模電磁干擾減到最小，柵極驅(qū)動電流可微調(diào)節(jié)以改進精度。 TOPSwitch的極限電流典型值此外，芯片還具有初始輸入電流限制功能。剛通電時可將整流后的直流電流限制在06ILIMIT(對應于交流265V輸入電壓)或0.75ILIMIT(對應于交流85V輸入電壓)。 在功率在功率MOSFET剛導

41、通時，前沿閉鎖電路將過流比較器輸出的上升沿封鎖剛導通時，前沿閉鎖電路將過流比較器輸出的上升沿封鎖180ns的的時間，這樣可避免因一次側(cè)電容和二次側(cè)整流管在反向恢復時間內(nèi)產(chǎn)生的尖峰電流，而時間，這樣可避免因一次側(cè)電容和二次側(cè)整流管在反向恢復時間內(nèi)產(chǎn)生的尖峰電流，而導致開關(guān)脈沖過早的結(jié)束。導致開關(guān)脈沖過早的結(jié)束。如果調(diào)節(jié)失控，為了維持輸出可調(diào)節(jié)，同時使如果調(diào)節(jié)失控，為了維持輸出可調(diào)節(jié)，同時使TOPSwitch-II的功耗降到最低，關(guān)閉的功耗降到最低，關(guān)閉/自自動重啟動電路維持系統(tǒng)在占空比為動重啟動電路維持系統(tǒng)在占空比為5典型值下工作，中斷從外部流入控制端的電流典型值下工作，中斷從外部流入控制端的電

42、流IC，Uc進入滯后的自動重啟動狀態(tài)。當故障消失后，進入滯后的自動重啟動狀態(tài)。當故障消失后，Uc又回到并聯(lián)調(diào)節(jié)模式，電源恢復正又回到并聯(lián)調(diào)節(jié)模式，電源恢復正常工作。當常工作。當CT為為47uF時，自動重啟動的頻率為時，自動重啟動的頻率為1.2Hz。 在啟動或者滯后調(diào)節(jié)模式下關(guān)斷在啟動或者滯后調(diào)節(jié)模式下關(guān)斷/自動重啟動電路接通高壓電流源，對控制腳外自動重啟動電路接通高壓電流源，對控制腳外部電容部電容CT進行充電，并為內(nèi)部電路提供偏置電壓。該電流源是按近似進行充電，并為內(nèi)部電路提供偏置電壓。該電流源是按近似35的有效占的有效占空比被開通和切斷。這一占空比是由控制腳充電電流空比被開通和切斷。這一占空

43、比是由控制腳充電電流IC與放電電流與放電電流(ICD1 +ICD2)之之比值來確定的。當比值來確定的。當Uc達到關(guān)斷達到關(guān)斷/自動重啟動電路的上限電壓自動重啟動電路的上限電壓5.7V時，高壓電流源被時，高壓電流源被切斷，脈寬調(diào)制器和功率切斷，脈寬調(diào)制器和功率MOSFET開始工作。開始工作。 反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源電路圖 TinySwitch-保持了以前的保持了以前的TinySwitch拓樸的簡易性，提供了幾個新的增強拓樸的簡易性，提供了幾個新的增強特性，進一步減少了元件數(shù)量，降低了系統(tǒng)成本，消除了可聽見的音頻噪聲。與前特性，進一步減少了元件數(shù)量，降低了系統(tǒng)成本，消除了可聽見的音頻噪聲。與前身相同，

44、身相同，型器件也把一只型器件也把一只700V的功率的功率MOSFET、振蕩器、高壓開關(guān)電源、電流限、振蕩器、高壓開關(guān)電源、電流限制和過熱關(guān)閉電路集成在單個芯片上。起動和工作供電直接由漏極腳電壓驅(qū)動，不制和過熱關(guān)閉電路集成在單個芯片上。起動和工作供電直接由漏極腳電壓驅(qū)動，不需要偏置繞組及相關(guān)電路元件。另外，需要偏置繞組及相關(guān)電路元件。另外，TinySwitch-還合并了自動再啟動、主線還合并了自動再啟動、主線欠壓傳感和頻率抖動功能。欠壓傳感和頻率抖動功能。 TinySwitch-系列單片開關(guān)電源采用系列單片開關(guān)電源采用8腳雙列直插式腳雙列直插式DIP-8封裝或表面貼片式封裝或表面貼片式SMD-8

45、封裝，引腳排列如圖封裝，引腳排列如圖7-27所示。所示。TinySwitch的引腳排列 與常規(guī)的與常規(guī)的PWM脈寬調(diào)制控制器不同，脈寬調(diào)制控制器不同，TinySwitch-系列采用簡單的開系列采用簡單的開/關(guān)控制關(guān)控制方式調(diào)節(jié)輸出電壓。方式調(diào)節(jié)輸出電壓。TinySwitch-系列內(nèi)部集成了一個耐壓為系列內(nèi)部集成了一個耐壓為700V的功率的功率MOSFET、振蕩器、電流限態(tài)器、振蕩器、電流限態(tài)器、5.8V穩(wěn)壓器、穩(wěn)壓器、BP端欠壓保護、過熱保護、限流、端欠壓保護、過熱保護、限流、前沿閉鎖電路等，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。前沿閉鎖電路等，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。 功能框圖 頻率抖動特性圖 在音頻范圍內(nèi)開關(guān)時，負

46、載較輕時，在音頻范圍內(nèi)開關(guān)時，負載較輕時，TinySwitch-電流限態(tài)機按著離散的數(shù)字量電流限態(tài)機按著離散的數(shù)字量來減小電流限制門限值來減小電流限制門限值ILIMIT。較低的電流限制門限值可以有效地提高在音頻以上。較低的電流限制門限值可以有效地提高在音頻以上范圍的開關(guān)頻率，降低變壓器的磁通密度和有關(guān)的音頻噪聲。電流限態(tài)機根據(jù)范圍的開關(guān)頻率，降低變壓器的磁通密度和有關(guān)的音頻噪聲。電流限態(tài)機根據(jù)EN/UV引腳的電壓電平判斷負載情況，從而按離散的數(shù)字量來調(diào)整電流限制門限值。引腳的電壓電平判斷負載情況，從而按離散的數(shù)字量來調(diào)整電流限制門限值。在大多數(shù)情況下，源極跟隨器較低的阻抗避免在大多數(shù)情況下，源

47、極跟隨器較低的阻抗避免EN/UV引腳電壓比引腳電壓比1.0V低太多，從而低太多，從而提高了與該腳相連的光耦的響應時間。提高了與該腳相連的光耦的響應時間。 當當MOSFET關(guān)斷時，關(guān)斷時，5.8V穩(wěn)壓器通過漏極電流對接在穩(wěn)壓器通過漏極電流對接在BYPASS引腳的旁路電容引腳的旁路電容CBP充電至充電至5.8V。當。當MOSFET導通時，導通時，TinySwitch-消耗存儲在旁路電容中的能消耗存儲在旁路電容中的能量來工作。因內(nèi)部電路的功耗極低，因此利用漏極電流可連續(xù)地工作，需要外接量來工作。因內(nèi)部電路的功耗極低，因此利用漏極電流可連續(xù)地工作，需要外接0.1F的旁路電容作高頻去耦和存儲能量。的旁路

48、電容作高頻去耦和存儲能量。 當旁路引腳當旁路引腳BYPSS電壓電壓UBP下降到低于下降到低于4.8V時，旁路引腳的低壓電路關(guān)斷功時，旁路引腳的低壓電路關(guān)斷功MOSFET。一旦路引腳。一旦路引腳BYPSS電壓電壓UBP下降到低于下降到低于4.8V以下，必須在電壓回升到以下，必須在電壓回升到5.8V時，才能使功率時，才能使功率MOSFET導通。過熱保護溫度門限值為導通。過熱保護溫度門限值為135，有，有70的滯環(huán)。的滯環(huán)。當溫度關(guān)斷電路檢測結(jié)溫升高到當溫度關(guān)斷電路檢測結(jié)溫升高到135時，過熱保護電路輸出低電平，功率時，過熱保護電路輸出低電平，功率MOSFET保持截止，直到管芯溫度下降保持截止，直到

49、管芯溫度下降70時才能再次重新導通。時才能再次重新導通。 極限電流電路檢測功率極限電流電路檢測功率MOSFET的電流，當功率的電流，當功率MOSFET的漏極電流電流超的漏極電流電流超過極限電流過極限電流ILIMIT時，功率時，功率MOSFET就在此周期的其余時間里關(guān)斷。當負載較輕或就在此周期的其余時間里關(guān)斷。當負載較輕或者一般負載的情況下，電流限態(tài)機減小電流限制門限值者一般負載的情況下，電流限態(tài)機減小電流限制門限值ILIMIT。 在功率在功率MOSFET導通之后的一段短時間導通之后的一段短時間tLEB里，前沿消隱電路阻止極限電流里，前沿消隱電路阻止極限電流比較器工作。設置該前沿消隱時間，是為了

50、防止由電容與二次繞組側(cè)整流器反向恢比較器工作。設置該前沿消隱時間，是為了防止由電容與二次繞組側(cè)整流器反向恢復時間引起的電流尖峰誤觸發(fā)，而導致開關(guān)脈沖錯誤中斷。復時間引起的電流尖峰誤觸發(fā)，而導致開關(guān)脈沖錯誤中斷。輸出端短路時自動重啟波形 在直流線電壓和在直流線電壓和EN/UV引腳之間外接電阻，可用于監(jiān)測直流輸入電壓。在上電引腳之間外接電阻，可用于監(jiān)測直流輸入電壓。在上電或者重啟動功率或者重啟動功率MOSFET截止時，流入截止時，流入EN/UV引腳的電流必須超過引腳的電流必須超過49A，才能啟，才能啟動功率動功率MOSFET開關(guān)工作，這就實現(xiàn)了當直流線電壓欠壓時，開關(guān)工作，這就實現(xiàn)了當直流線電壓欠

51、壓時，BP引腳維持在引腳維持在4.8V。當欠電壓消除后，當欠電壓消除后，BP引腳從引腳從4.8V回升到回升到5.8V。在自動重啟狀態(tài)下，直流線電壓欠壓，。在自動重啟狀態(tài)下，直流線電壓欠壓，功率功率MOSFET截止，自動重啟計數(shù)器停止工作，這就延長了截止時間，超過通常故截止，自動重啟計數(shù)器停止工作，這就延長了截止時間，超過通常故障情況下的障情況下的850ms，直到主線欠壓故障消除為止。，直到主線欠壓故障消除為止。 如果外接電阻連接到如果外接電阻連接到EN/UV引腳，欠電壓功能失效。引腳，欠電壓功能失效。 TinySwitch-通常是工作在極限電流的模式下。使能時，在每個周期的開始通常是工作在極限電流的模式下。使能時，在每個周期的開始MOSFET導通，當電流上升到極限值或者達到極限導通，當電流上升到極限值或者達到極限D(zhuǎn)Cmax時，時，MOSFET關(guān)斷。關(guān)斷。 TinySwitch 的內(nèi)部時鐘始終工作。在每個時鐘周期開始，采樣的內(nèi)部時鐘始終工作。在每個時鐘周期開始，采樣EN/UV引腳來判引腳來判斷是否完成一個開關(guān)周期，并根據(jù)多個周期的采樣時序來確定恰當?shù)碾娏鳂O限值。斷是