準(zhǔn)諧振PWM控制器NCP1207在40-100W電源適配器上的應(yīng)用

準(zhǔn)諧振PWM控制器NCP1207在40-100W電源適配器上的應(yīng)用.準(zhǔn)諧振模式PWM控制器NCP1207的特點(diǎn).動(dòng)態(tài)自供給(DSS)..電流模式控制..臨界模式,準(zhǔn)諧振工作原理..過(guò)負(fù)載保護(hù),過(guò)電壓保護(hù).依據(jù)負(fù)載的不同,開(kāi)關(guān)脈沖序列ON/OFF時(shí)間不同..如何設(shè)計(jì)電路中主要器件的參數(shù)..開(kāi)關(guān)頻率的確定..開(kāi)關(guān)變壓器參數(shù)的設(shè)計(jì)..其它參數(shù)的設(shè)計(jì)..實(shí)際應(yīng)用中的效率曲線與開(kāi)關(guān)波形.

安森美的NCP1207是一款專(zhuān)著于反激、電流模、準(zhǔn)諧振模式PWM控制器。由NCP1207構(gòu)成的離線式功率變換器用于消費(fèi)電子產(chǎn)品是一不錯(cuò)的選擇。如用在筆記本電腦電源適配器、離線式電池充電器、DVD電源供應(yīng)器、機(jī)頂盒電源等。同時(shí),由于NCP1207工作在準(zhǔn)諧振模式,用于消費(fèi)類(lèi)小功率電子產(chǎn)品的電源中，電源的電磁騷擾明顯減小，電源在輕載時(shí)效率可高于是70%，同時(shí)它還可以用于反激式同步整流，更進(jìn)一步提高電源的較率。NCP1207是一個(gè)8PIN封裝PWMIC，各腳的功能如圖式。動(dòng)態(tài)自供給(DSS):傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)控制器必須在高電壓直流導(dǎo)線與其芯片Vcc之間連接一個(gè)電阻，以用于啟動(dòng)。NCP1207的高電壓引腳可以直接連通到高電壓導(dǎo)線上，不但確保了正確、無(wú)損耗的啟動(dòng)序列，而且可以不依賴(lài)輔助繞組而工作。在二次重構(gòu)方式待機(jī)時(shí)，DSS維持了NCP1207的Vcc供給，從保證了DVD,電視機(jī)等在待機(jī)狀態(tài)下,機(jī)器內(nèi)的MCU的正常工作電壓。電流模式控制.每個(gè)開(kāi)關(guān)周期的電流檢測(cè),以幫助我們防止開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)過(guò)電流引起開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯飽和而產(chǎn)生的電源供應(yīng)器不良.臨界模式,準(zhǔn)諧振工作.所謂臨界是指由NCP1207構(gòu)成的電源變換器在任何輸入,輸出條件下,電源變換器都不會(huì)進(jìn)入電流連續(xù)模式.它的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)輔助繞組來(lái)檢測(cè)過(guò)零電壓,這樣確保開(kāi)關(guān)變壓器的磁芯完全復(fù)位.通過(guò)附加響應(yīng)延遲電路,再重新開(kāi)啟MOSFET,此時(shí)MOSFET是在最小電壓下開(kāi)通,稱(chēng)此種開(kāi)關(guān)方式為準(zhǔn)諧振工作.在這種工作方式中,因MOSFE是在最小電壓下開(kāi)通,在小功率應(yīng)用中減小了開(kāi)關(guān)損耗的同時(shí)也減小了電磁騷擾.

過(guò)電壓保護(hù)通過(guò)設(shè)定和調(diào)整輔助繞組的感應(yīng)電壓與NCP1207PIN1腳上的設(shè)定電壓7.2V比較.如果輔助繞組上感應(yīng)的電壓超過(guò)7.2V.則NCP1207進(jìn)入過(guò)電壓鎖定狀態(tài).同時(shí)NCP1207PIN6

引腳的電壓由VCC電壓降至4.0V.只有使用者重新拔下和插入主電源插座電源才能重新啟動(dòng).

過(guò)負(fù)載保護(hù)通過(guò)不斷的監(jiān)測(cè)反饋環(huán)節(jié)的電壓情況來(lái)確定輸出電壓是否出現(xiàn)過(guò)載.具體原理如下.如有輸出發(fā)生過(guò)載情況.必然將引起輸出電壓下降.反饋環(huán)節(jié)開(kāi)路后使NCP1207FB引腳電壓上升，觸發(fā)NCP1207P進(jìn)入所謂的HICUP

模式.NCP1207在此種模式下,如果故障消失.電源能重新進(jìn)入正常工作模式.依據(jù)負(fù)載的不同,開(kāi)關(guān)脈沖序列ON/OFF時(shí)間不同.以下是用NCP1207為PWM控制芯片制作的70WAC/DC

準(zhǔn)諧模式的功率變換器為例來(lái)說(shuō)主要器件的設(shè)計(jì)方法.功率變換器有以下額定參數(shù):輸出功率：

72W輸出電壓一：24VDC+/-2%

輸出電壓二： 12VDC+/-5%輸出電流一:2.4A

輸出電流二： 1.2A最小輸入電壓： 100VAC最大輸入電壓：264VAC最小開(kāi)關(guān)頻率： 70kHz功率變換器電原理圖如圖一所示:電路原理描述:

主電路工作過(guò)程AC100V-264V電壓經(jīng)VAR1防雷擊保護(hù)、R2防電流浪涌、C2L2防傳導(dǎo)騷擾后，連結(jié)至整流器BD1。經(jīng)BD1整流和C3濾波后得到脈動(dòng)的直流高壓電壓，此直流高壓直接連結(jié)至NCP1207P的8腳。通過(guò)NCP1207P（IC1A）內(nèi)部的高壓恒流源穿過(guò)NCP1207P6腳向C13充電。充電電流為8mA。當(dāng)6腳電壓上升至12V時(shí)，NCP12075腳開(kāi)始有開(kāi)關(guān)脈沖輸出。高壓直流電壓通過(guò)變壓器T101的初級(jí)繞組、M1、7RA7RB7RC到電源的地端。此時(shí)T101通過(guò)初級(jí)繞組存儲(chǔ)能量。利用變壓器的同名端作用。這時(shí)的次級(jí)線圈整流管因反向電壓而截止。只有當(dāng)M1關(guān)斷，初級(jí)繞組電流有減小趨勢(shì)時(shí)、此時(shí)T101初級(jí)繞組存儲(chǔ)的能量通過(guò)T101的次級(jí)繞組、次級(jí)整流管D7D1向電容C5C6C7C14充電與負(fù)載供電。輸出電壓控制環(huán)節(jié)輸出電壓控制環(huán)由R14R12R15R10R117RA7RC7RBR6C8R1C9IC2IC3IC1A（NCP1207P）組成。R14R12R15為24V電壓取樣電路，當(dāng)24V電壓有升高趨勢(shì)時(shí)。R15上電壓上升。IC2為基準(zhǔn)電源、取樣信號(hào)放大電路。放大后的信號(hào)出驅(qū)動(dòng)IC3，使NCP12072腳電壓下降。通過(guò)NCP1207內(nèi)部PWM比較器。IC1A5腳輸出為低電壓使T101初級(jí)繞組存儲(chǔ)能量減小，次級(jí)線圈電壓下降而使24V電壓下降。當(dāng)24V電壓有下降趨勢(shì)時(shí)。此時(shí)電路的工作方式側(cè)反之。R10為IC3的限流電阻、R11為防止IC2進(jìn)入死區(qū)、C8C9R1是為了提高反饋環(huán)的響應(yīng)速度。7RA7RB7RC有兩個(gè)作用。第一:正常工作時(shí)，7RA7RB7RC上產(chǎn)生的電壓通過(guò)R6連結(jié)至NCP12073腳。參與NCP1207內(nèi)部PWM的控制（實(shí)際是電流控制環(huán)）。第二:當(dāng)7RA7RB7RC上產(chǎn)生的電壓超過(guò)1V的電壓時(shí)，通過(guò)R6連結(jié)至NCP12073腳觸發(fā)NCP1207內(nèi)部過(guò)電流保護(hù)。立即使NCP12075腳輸出低電平。有效的保護(hù)電路的功率器件。R6還具有在MOSFET開(kāi)通瞬時(shí),抑制峰值電流的作用.實(shí)現(xiàn)方法是由于NCP1207在關(guān)斷時(shí),內(nèi)部有一200uA的電流通過(guò)NCP12073腳R6R7AR7BR7C到電源公共端.這樣在R6的兩產(chǎn)生0.2V的壓降，此電壓與M1開(kāi)通時(shí)7RA7RC7RB感應(yīng)電壓疊加。有效的抑制開(kāi)通時(shí)的峰值電流。

最大Ton時(shí)間的限制由于NCP1207P是工作在變頻模式。隨著AC輸入電壓的降低Ton時(shí)間變大。使因開(kāi)關(guān)電源的變壓器飽和，而損壞M1和NCP1207P。

NCP1207的工作模式NCP1207共有四種工作模式。過(guò)電壓鎖定模式。電路的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)T101的輔助繞組感應(yīng)的電壓，經(jīng)R8R5分壓后送至IC1A的腳。當(dāng)分壓點(diǎn)電壓超過(guò)7。2V時(shí)。NCP1207立即停止開(kāi)關(guān)脈沖電壓輸出。同時(shí)NCP1207PIN6引腳的電壓由VCC電壓降至4.0V.只有使用者重新拔下和插入主電源插座電源才能重新啟動(dòng).另外三種工作模式取決于功率變換器的輸出功率。當(dāng)輸出功率為設(shè)計(jì)功率的1/3，此時(shí)R7AR7BR6C的電壓在0。3V以下時(shí)。NCP1207進(jìn)入脈沖串工作模式。使開(kāi)關(guān)電源的效率在輕載時(shí)變高。達(dá)到節(jié)能的目的。當(dāng)輸出功率大于1/3的設(shè)計(jì)功率，NCP1207進(jìn)入正常工作模式。當(dāng)輸出功率大于的設(shè)計(jì)功率。NCP1207進(jìn)入較長(zhǎng)周期的停止，短暫的啟動(dòng)模式。主要器件的計(jì)算:變壓器的計(jì)算：

設(shè)計(jì)功率變換器的輸出功率72Watts.假設(shè)功率變換器的輸出功率為80%，輸入功率為：最小輸入電壓情況下的平均輸入電流：選用耐壓為600V的MOSEFT。采用無(wú)源RＣ箝位電路。采用反激式開(kāi)關(guān)模式時(shí)，最大的占空比為：變壓器初級(jí)繞組的峰值電流為:最低輸入電壓時(shí),功率轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率為最低設(shè)定70KHZ.最大導(dǎo)通時(shí)間為:

我們使用國(guó)產(chǎn)(TDG)鐵氧體EER28C,Ae=85.8mmBmax=0.36T實(shí)際選用Bmax=0.2T.變壓器初級(jí)繞組圈數(shù)為:(實(shí)際為56圈)初級(jí)電感量為:(實(shí)際值為:400uH)變壓器鐵芯電感系數(shù)AL:

24VDC輸出繞組的圈數(shù)為:12VDC輸出繞組的圈數(shù)為:系數(shù)1.3是為了保證當(dāng)主繞組為輕載時(shí),而12V繞組輸出為1.2A時(shí),輸出電不低于11V.輔助繞組圈數(shù)為:變壓器的繞制和線徑如下:

三

線圈規(guī)格:

端子號(hào)

使用線規(guī)

圈數(shù)

繞制方法

12～10

2UEW-φ0.40×2

38

雙線并繞

11～8

2UEW-φ0.40×1

8

均勻散繞

6～1

2UEW-φ0.45×3

12

三線并繞

4～3

2UEW-φ0.40×3

8

三線并繞

10～7

2UEW-φ0.40×2

18

雙線并繞

線圈結(jié)構(gòu)圖:

初級(jí)線圈電流控制:初級(jí)線圈電流控制由電流取樣電阻R7AR7BR7C.開(kāi)關(guān)電流緩沖電阻R6NCP12073腳組成.NCP12073腳為CS(currentsense).最大門(mén)限電壓為1V.所以電流取樣電阻的電阻值為:在實(shí)際的應(yīng)用中我們分別用R7AR7BR7C三個(gè)1R的電阻并聯(lián)使用.

開(kāi)關(guān)電流緩沖電阻R6的計(jì)算:當(dāng)NCP12075腳為低電平時(shí),NCP12073腳向外輸出勤200uA的電流.這個(gè)電流在流過(guò)R6,R7A/R7B/R7C時(shí)產(chǎn)生電壓.此電壓與在M1導(dǎo)通瞬間初級(jí)電流感應(yīng)(R7A/B/C)疊加.以減小開(kāi)關(guān)電流開(kāi)通瞬間的峰值.一般設(shè)定為0.2V.所以R6的值為:開(kāi)關(guān)變壓器的磁復(fù)位檢測(cè)與過(guò)壓保護(hù)開(kāi)關(guān)變壓器的磁復(fù)位檢測(cè)由輔助繞組R8NCP12071腳組成.輔助繞組的過(guò)零點(diǎn)電壓通過(guò)R8直接通連結(jié)至NCP12071腳.通過(guò)內(nèi)部的過(guò)零電路為NCP1207下一周期開(kāi)通產(chǎn)生必要條件.同時(shí)R8還有限制流入NCP12071腳的電流作用.NCP12071腳的另一個(gè)作用是過(guò)電壓保護(hù).NCP1207過(guò)電壓保護(hù)的基準(zhǔn)電壓為7.2V.當(dāng)輔助繞組檢測(cè)到的電壓通過(guò)R8與NCP12071腳內(nèi)接通到地電阻分壓.分壓點(diǎn)的電壓超過(guò)7.2V時(shí).NCP12075腳立即停止開(kāi)關(guān)脈沖輸出.同時(shí)NCP1207PIN6引腳的電壓由VCC電壓降至4.0V.只有使用者重新拔下和插入主電源插座電源才能重新啟動(dòng).R8的阻值為:C5主要是開(kāi)關(guān)電壓尖峰的吸收,其值的大小可在實(shí)際中確定.一般為:470—1000P.

反饋環(huán)的計(jì)算:反饋環(huán)是基于次級(jí)24VDC輸出電壓的調(diào)整.選取24VDC為調(diào)整電壓原因?yàn)?24VDC的輸出功率占全部輸出阻抗功率的80%.另外24V要求精度高.IC2TL431內(nèi)部有一個(gè)2.5V的參考點(diǎn)電壓.24VDC通過(guò)R14R15R12分壓后,將R15上的電壓直接連結(jié)至TL431的參考引腳.R15的阻值設(shè)定為:5.6K.R14+R12的值由下式計(jì)算:由R14=38KR12=10K串聯(lián).R11電阻是為了滿(mǎn)足TL431工作時(shí)的最小電流值大于1mA..設(shè)定值為R11=4.7K.R10是為限制光耦流過(guò)的電流小于10mA.設(shè)定值為R10=2.4K.C8R1C9是要目的是為了提高反饋環(huán)的響應(yīng)速度.其值一般由電路中調(diào)試確定.這里的取值為C8=10NFC9=100NFR1=4.7K.開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)繞組電壓尖峰吸收回路.開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)繞組電壓尖峰吸收回路