基于NCP1200A的多路反激变换器的研究

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:介绍了低功率通用离线式电源的脉宽调制电流型控制器NCP1200A的原理,并且通过所研制出的多路隔离反激变换器试验样机,及其试验结果来进一步说明此控制器所具有的优点。 关键词:电流模式控制;反激;前沿消隐;动态自供电 引言 反激变换器具有电路结构简单、输入输出电气隔离、电压调节范围宽、易于多路输出等特点,因而适合作为电力电子设备内的辅助开关电源。 电流控制型脉宽调制是一种新颖的控制技术,它克服了传统的电压控制型脉宽调制技术的缺点,使开关电源系统具有快速的瞬态响应、高度的稳定性、过载及短路保护简单等特点。NCP1200A是一种低功率通用离线电源的电流模式脉宽调制控制器,它代表了向超小型开关电源方向的重大飞跃,它内部包括定时元件、反馈器件、低通滤波器和自供电等。本文通过对此芯片功能的研究,并且成功地设计制作了多路隔离输出反激变换器的样机。 1 电流控制型脉宽调制器NCP1200A简介 NCP1200A采用标准电流模型体系,驱动关断时间由峰值电流设置点确定。此控制芯片具有以下特点: --无需辅助电源绕组; --内部有输出短路保护电路; --空载待机功耗极低; --电流模式带跳周期功能; --内部有250ns前沿消隐电路; --250mA峰值拉/灌电流能力; --内部固定频率为40/60/100kHz; --通过光耦合器直接连接。 其内部结构如图1所示,各引脚功能如下: --脚1用来调整发生跳周期的电平; --脚2将光耦器接至该脚,根据输出功率需求来调节一次侧峰值电流设定点; --脚3检测一次侧电流,并通过前沿消隐电路将检测值送入内部比较器; --脚4接地; --脚5输出驱动外部MOSFET开关管; --脚6接至典型值为10μF的外部大容量电容; --脚7用来保证适当的漏电流距离; --脚8接至高压直流干线,该脚将恒定电流注入Vcc大容量电容。 2 设计特点及注意事项 2.1 动态自供电(DSS) 动态自供电技术使得所设计的反激变换器无需辅助电源绕组,可由高压直流干线直接供电。DSS的原理基于Vcc大容量电容从一个低电平到一个较高电平的充放电。其工作过程如下: 当电源接通时,若Vcc 2.2 跳周期工作模式 由于开关电源在正常负载条件下具有良好的效率,而在输出功率减小时,其效率将开始下降。NCP1200A内嵌跳周期功能,当输出功率需求量减小到给定值以下时,便自动地跳过开关周期,这是通过监视脚FB来实现的。当负载需求量减小时,内部环路要求较小的峰值电流,当此设定值达到确定的电平时,集成电路将阻止电流继续减少,并开始使输出脉冲出现空白,实现跳周期模式。当FB跳过门限值(默认值1.2V)时,峰值电流不会超过1V/Rsense。当集成电路进入跳周期模式时,峰值电流不会小于Vpin1/3.3,此时用户可以通过改变脚1的电压值来调节跳周期的峰值电流。这样在空载情况下,NCP1200A的总待机效率可以很容易达到设计要求。 2.3 短路保护功能 通过持续监视反馈回路,NCP1200A能检测到出现短路的情况,并立即将输出功率减小,以对整个电路进行保护。一旦短路消失,控制器即可恢复到正常工作状态。因此,对于给定的恒定输出功率的电源,可以很方便地断开这个保护功能。 2.4 软启动的实现 Vcc电压从12V降到10V所需要的时间决定了系统能否正常启动,由输出电容充电引起的相应瞬态故障持续时间必须小于Vcc电压从12V降到10V的时间,否则反馈监视回路就会当短路情况处理,使得电源将不能正常启动。Vcc上的电压和脚6的外接电容值C有关系。假设系统达到额定负载所需的时间为6ms,因而Vcc的下降时间必须大于6ms,此处设定为10ms。在包括MOSFET驱动的集成电路消耗电流为1.5mA,由式C=i%26;#183;Δt/ΔV,可得所需电容值的大小。按照此处所设定的条件可知C=7.5μF,在实际电路中用C=10μF,以便实现软启动功能。 2.5 芯片管脚防负电压尖峰功能 此芯片可以通过附加外围电路来防止敏感管脚被负电压尖峰损坏。负的信号对只有正偏置的控制芯片有很大的损坏,使其不能稳定工作。如果由于设计不当,使得变压器原边电感和脚6外接电容发生谐振,将会在脚6上产生负的脉冲,造成芯片损坏。为了有效地防止此情况的发生,可以采用图3所示的两种电路来保护芯片。 2.6 内嵌前沿消隐(LEB)功能 一般控制芯片,在一次侧的电流检测输入前,必须对检测到的电流波形进行低通滤波处理,以防止由于开关管的开关尖峰所引起的瞬态过流现象。NCP1200A内部具有250ns的前沿消隐电路,从而无须外加低通滤波网络对检测的电流进行处理,使得电路设计更加简单。 3 试验结果 本文通过试验样机进一步来介绍NCP1200A的工作原理以及在实际设计中的简便性。此试验装置为48V直流输入,三路隔离输出的反激变换器。各个参数设置为:Vin=48V,Vcc=Vcc1=Vcc2=15V,VEE=-15V,开关频率f=40kHz,变压器原边电感值L=330μH,额定输出功率P=14W,占空比D=0.4(为了防止D>0.5,而使电路不能稳定工作,且无须加斜坡补偿)。电路的结构原理如图4所示,采用RCD无源吸收网络来防止MOSFET被烧毁。 图4 电路的结构原理 所研制的试验样机如图5所示,具体尺寸为105mm%26;#215;30mm%26;#215;23mm,采用立放直插式结构,便于和主体设备连接。 由所研制的试验样机测得的实际试验波形如图6~图8所示。图6为Vcc电容上的充放电波形,很好地实现了芯片的动态自供电,同时保证了装置的软启动。 图7(a)和(b)分别为电路工作在电流连续状态(CCM)和电流断续状态(DCM)的一次侧采样电阻上的电流波形和MOSFET上的漏源极之间的电压波形,试验波形中所存在的电流和电压毛刺,是由于一次侧变压器的漏感、MOSFET的体内寄生电容以及二次侧的二极管反向恢复所造成的。由于NCP1200A具有250ns的LEB功能,所以检测电流中的高频脉冲不会影响到电路的稳定性。 图8为样机工作在额定输出功率和轻载情况下的驱动波形对比,由此可以看出芯片的跳周期工作状态,从而有效地减少功耗,达到高效率的要求。 4 结语 NCP1200A是一种性能优良的电流控制型脉宽调制器,适合于超小型的开关电源设计。它具有动态自供电、软启动、跳周期低损耗工作、短路保护等功能。几乎不需要外围分立器件,就能实现多路隔离输出高效率的小型反激变换器,因而,该芯片广泛地应用于交流-直流适配器、离线电池充电器、辅助电源等。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/power/200703/11443.html
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