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.動態(tài)自供給(DSS)..電流模式控制..臨界模式,準(zhǔn)諧振工作原理..過負(fù)載保護(hù),過電壓保護(hù).依據(jù)負(fù)載的不同,開關(guān)脈沖序列ON/OFF時間不同..如何設(shè)計電路中主要器件的參數(shù)..開關(guān)頻率的確定..開關(guān)變壓器參數(shù)的設(shè)計..其它參數(shù)的設(shè)計..實際應(yīng)用中的效率曲線與開關(guān)波形.

安森美的NCP1207是一款專著于反激、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電子產(chǎn)品是一不錯的選擇。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,由于NCP1207工作在準(zhǔn)諧振模式,用于消費類小功率電子產(chǎn)品的電源中，電源的電磁騷擾明顯減小，電源在輕載時效率可高于是70%，同時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8PIN封裝PWMIC，各腳的功能如圖式。動態(tài)自供給(DSS):傳統(tǒng)開關(guān)控制器必須在高電壓直流導(dǎo)線與其芯片Vcc之間連接一個電阻，以用于啟動。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、無損耗的啟動序列，而且可以不依賴輔助繞組而工作。在二次重構(gòu)方式待機(jī)時，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.每個開關(guān)周期的電流檢測,以幫助我們防止開關(guān)變壓器的初級過電流引起開關(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,電源變換器都不會進(jìn)入電流連續(xù)模式.它的實現(xiàn)是通過輔助繞組來檢測過零電壓,這樣確保開關(guān)變壓器的磁芯完全復(fù)位.通過附加響應(yīng)延遲電路,再重新開啟MOSFET,此時MOSFET是在最小電壓下開通,稱此種開關(guān)方式為準(zhǔn)諧振工作.在這種工作方式中,因MOSFE是在最小電壓下開通,在小功率應(yīng)用中減小了開關(guān)損耗的同時也減小了電磁騷擾.

過電壓保護(hù)通過設(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7.2V.則NCP1207進(jìn)入過電壓鎖定狀態(tài).同時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.

過負(fù)載保護(hù)通過不斷的監(jiān)測反饋環(huán)節(jié)的電壓情況來確定輸出電壓是否出現(xiàn)過載.具體原理如下.如有輸出發(fā)生過載情況.必然將引起輸出電壓下降.反饋環(huán)節(jié)開路后使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,開關(guān)脈沖序列ON/OFF時間不同.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說主要器件的設(shè)計方法.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濾波后得到脈動的直流高壓電壓，此直流高壓直接連結(jié)至NCP1207P的8腳。通過NCP1207P（IC1A）內(nèi)部的高壓恒流源穿過NCP1207P6腳向C13充電。充電電流為8mA。當(dāng)6腳電壓上升至12V時，NCP12075腳開始有開關(guān)脈沖輸出。高壓直流電壓通過變壓器T101的初級繞組、M1、7RA7RB7RC到電源的地端。此時T101通過初級繞組存儲能量。利用變壓器的同名端作用。這時的次級線圈整流管因反向電壓而截止。只有當(dāng)M1關(guān)斷，初級繞組電流有減小趨勢時、此時T101初級繞組存儲的能量通過T101的次級繞組、次級整流管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電壓有升高趨勢時。R15上電壓上升。IC2為基準(zhǔn)電源、取樣信號放大電路。放大后的信號出驅(qū)動IC3，使NCP12072腳電壓下降。通過NCP1207內(nèi)部PWM比較器。IC1A5腳輸出為低電壓使T101初級繞組存儲能量減小，次級線圈電壓下降而使24V電壓下降。當(dāng)24V電壓有下降趨勢時。此時電路的工作方式側(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有兩個作用。第一:正常工作時，7RA7RB7RC上產(chǎn)生的電壓通過R6連結(jié)至NCP12073腳。參與NCP1207內(nèi)部PWM的控制（實際是電流控制環(huán)）。第二:當(dāng)7RA7RB7RC上產(chǎn)生的電壓超過1V的電壓時，通過R6連結(jié)至NCP12073腳觸發(fā)NCP1207內(nèi)部過電流保護(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開通瞬時,抑制峰值電流的作用.實現(xiàn)方法是由于NCP1207在關(guān)斷時,內(nèi)部有一200uA的電流通過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開通時7RA7RC7RB感應(yīng)電壓疊加。有效的抑制開通時的峰值電流。

最大Ton時間的限制由于NCP1207P是工作在變頻模式。隨著AC輸入電壓的降低Ton時間變大。使因開關(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。過電壓鎖定模式。電路的實現(xiàn)是通過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)分壓點電壓超過7。2V時。NCP1207立即停止開關(guān)脈沖電壓輸出。同時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.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)計功率的1/3，此時R7AR7BR6C的電壓在0。3V以下時。NCP1207進(jìn)入脈沖串工作模式。使開關(guān)電源的效率在輕載時變高。達(dá)到節(jié)能的目的。當(dāng)輸出功率大于1/3的設(shè)計功率，NCP1207進(jìn)入正常工作模式。當(dāng)輸出功率大于的設(shè)計功率。NCP1207進(jìn)入較長周期的停止，短暫的啟動模式。主要器件的計算:變壓器的計算：

設(shè)計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。采用無源RＣ箝位電路。采用反激式開關(guān)模式時，最大的占空比為：變壓器初級繞組的峰值電流為:最低輸入電壓時,功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率為最低設(shè)定70KHZ.最大導(dǎo)通時間為:

我們使用國產(chǎn)(TDG)鐵氧體EER28C,Ae=85.8mmBmax=0.36T實際選用Bmax=0.2T.變壓器初級繞組圈數(shù)為:(實際為56圈)初級電感量為:(實際值為: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,而12V繞組輸出為1.2A時,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

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:

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

開關(guān)電流緩沖電阻R6的計算:當(dāng)NCP12075腳為低電平時,NCP12073腳向外輸出勤200uA的電流.這個電流在流過R6,R7A/R7B/R7C時產(chǎn)生電壓.此電壓與在M1導(dǎo)通瞬間初級電流感應(yīng)(R7A/B/C)疊加.以減小開關(guān)電流開通瞬間的峰值.一般設(shè)定為0.2V.所以R6的值為:開關(guān)變壓器的磁復(fù)位檢測與過壓保護(hù)開關(guān)變壓器的磁復(fù)位檢測由輔助繞組R8NCP12071腳組成.輔助繞組的過零點電壓通過R8直接通連結(jié)至NCP12071腳.通過內(nèi)部的過零電路為NCP1207下一周期開通產(chǎn)生必要條件.同時R8還有限制流入NCP12071腳的電流作用.NCP12071腳的另一個作用是過電壓保護(hù).NCP1207過電壓保護(hù)的基準(zhǔn)電壓為7.2V.當(dāng)輔助繞組檢測到的電壓通過R8與NCP12071腳內(nèi)接通到地電阻分壓.分壓點的電壓超過7.2V時.NCP12075腳立即停止開關(guān)脈沖輸出.同時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.R8的阻值為:C5主要是開關(guān)電壓尖峰的吸收,其值的大小可在實際中確定.一般為:470—1000P.

反饋環(huán)的計算:反饋環(huán)是基于次級24VDC輸出電壓的調(diào)整.選取24VDC為調(diào)整電壓原因為: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2.5V的參考點電壓.24VDC通過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的值由下式計算:由R14=38KR12=10K串聯(lián).R11電阻是為了滿足TL431工作時的最小電流值大于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.開關(guān)變壓器的初級繞組電壓尖峰吸收回路.開關(guān)變壓器的初級繞組電壓尖峰吸收回路