准谐振软开关控制器IRIS4015的设计及应用

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:IRIS4015是一款专用准谐振软开关控制器,该芯片功能齐全,使用外围元件少,并具有完善的保护电路。文中详细介绍了该芯片的特点、功能,给出了其典型应用电路。 关键词:准谐振;软开关;反激变换器;IRIS4015 1 概述 IRIS4015是将MOSFET和开关电源控制器封装在一起的组合集成电路,主要应用于反激式准谐振变换器。该器件采用5脚SIP或SMD封装,适用于各类高低压开关电源。该器件的静态工作电流很低(100μA),具有内部软启动、温度补偿的逐脉冲过流保护OCP、过压锁定保护(OVP)和过热关断保护(TSD)等功能。 2 引脚功能 IRIS4015的管脚排列如图1所示。各引脚的功能如表1所列。 3 应用电路工作原理 IRIS4015在反激电源中的典型应用电路如图2所示。 3.1 反馈和控制电路 表1 IRIS4015的引脚功能 引脚号 引脚名 功 能 1 S 内部功率MOS管源极引出端 2 GND 芯片地 3 D 内部功率MOS管漏极引出端 4 VCC 芯片电源 5 OCP/FB 过流检测/输出电压反馈端 振荡器利用IC内部的电容C1充放电来产生决定MOSFET关断时间的脉冲信号。振荡器的工作过程如图3所示。当MOSFET开通时,内部5.6V恒压源对电容C1充电,MOSFET的漏极电流ID流经R5产生压降VR5后反馈到OCP/FB脚,以实现初级电流控制。当OCP/FB脚电压达到基准1(0.73V)时,比较器1翻转,MOSFET关断,C1结束充电,并开始恒流放电。当C1两端电压下降到基准2(1.2V)时,振荡器输出再次反相,MOSFET导通,C1两端电压迅速充电到5.6V,MOSFET反复循环开关工作。MOSFET的导通时间由VR5的斜率决定。同样,MOSFET的关断时间由C1和恒流放电电路决定。关断时间由内部恒流放电电路调整到约50μs。 图2 次级输出电压采用电压型控制。输出电压通过光耦在R4两端产生反馈电压VR4,反馈电压与R5两端降压VR5之和使比较器1翻转。当输出电压升高时,OCP/FB脚电压升高,从而使OCP/FB脚电压达到基准电压1(0.73V)的时间缩短,并使MOSFET的导通宽度变窄,以减少反激变压器存储的能量使输出电压降低。 3.2 过流保护及正反馈补偿 过流保护电路通过检测MOSFET源极和GND之间串联电阻R5两端的电压,可检测MOSFET的漏极电流,该检测信号和VR4之和将反馈到OCP/FB脚并与基准电压1(0.73V)比较,以实现限流功能。 图3 过流保护电路动作时,输出过流使输出电压下降,同时辅助绕组的电压也相应下降,当Vcc降到UVLO门限电压以下时,控制器停止工作。输出电流持续下降,Vcc电压因启动电路工作而升到启动电压,从而使电路间歇性工作。 当交流输入电压较高时,漏极电流较小, 此时达到过流保护时的输出功率值将大于低压输入时的输出功率值。而加入由两个电阻和一个稳压管组成的正反馈补偿电路后(如图4所示),在交流输入电压较高时,其总输出功率变化不大。 加入正反馈补偿后,当输入交流电压较高时,辅助电源在OCP/FB脚产生的偏置电压会降低MOS-FET漏极的平均电流。这样,由于漏极电流减小,初级绕组漏感引起的反电压降低,MOSFET两端承受的电压减小,同时也降低了电感电流。因此,加入正反馈补偿电路后,输出功率会被控制在适当的范围内,同时,次级侧元件承受的应力也不会过大。 3.3 准谐振电路分析 图5给出了各点的波形图。图中,谐振电容C3接在MOSFET的漏极和源极之间,它和变压器的初级电感构成了谐振电路。辅助绕组和OCP/FB脚之间加入C4、D3、D4、R5组成的延迟电路,可在MOS-FET关断时产生准谐振信号,并通过比较器1和2使电路工作在准谐振状态。 变压器能量传送给次级绕组后,延迟电路使准谐振信号仍维持在OCP/FB脚,而不是立即降落,这是因为C4、C5通过有源低通滤波器和电阻R6、R7放电所致。经过一段延迟时间后,OCP/FB脚电压下降到基准电压1以下。调整C4并监测电压波形,当MOSFET的漏源电压达到最低时,电路将产生谐振信号使MOSFET开通。延迟时间由C4、C5的放电时间决定,不加C4时,延迟时间较短。由于加在OCP/FB脚的最高电压为6V,所以准谐振信号的幅值不能超过6V。 3.4 锁定电路 过压保护电路和过热关断电路动作时,锁定电路使振荡器输出低电平,从而使电源电路停止工作。当Vcc为8.5V时,锁定电路的最大维持电流为400μA。低温时,经启动电阻流进Vcc脚的维持电流需要500μA。为了避免噪音等因素引起误动作,锁定定时器将产生一个延迟时间,当OVP或TSD电路持续工作8μs或更长时间时,锁定电路才开始动作。当锁定电路动作后,稳压器仍工作。由于通过启动电阻供给控制器的电流会超过500μA,从而使启动电阻的压降增大,所以Vcc电压下降。当Vcc电压下降到UVLO-门限电压10V以下时,稳压器停止工作。当电路电流低于400μA时,电压Vcc开始上升。当电压Vcc上升到UVLO+启动电压(16V)时,稳压器又开始工作,控制器的电流再次增加,电压Vcc则再一次下降。 图5 锁定电路工作时,电压Vcc会在10V~16V范围内波动,如图6所示。而要使锁定电路复位,必须切断输入电源。 3.5 过压保护电路 当控制器输入电压Vin超过22.5V时,过压保护电路将动作。控制器输入电压Vin由变压器的辅助绕组提供,该电压与输出电压成正比。当次级电压反馈电路开路或其它原因引起次级过电压时,过压保护电路也会启动。过压保护动作时,次级输出电压可由下式计算: Vout=(额定输出电压/Vcc正常工作电压)%26;#215;22.5V 4 结语 以IRIS4015为核心的电源变换器具有成本低、外围电路简单、保护电路完善等优点。且在空载时,电路工作电流很低(100μA)。由于该控制芯片的待机功耗仅约0.8W,因而十分适用于各种对待机功耗要求比较严格的电器设备。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/power/200703/11973.html
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