FA5310开关电源控制IC及其应用

2007-10-15 13:42:28来源: 互联网

1引言

许多电子系统都需要开关电源。开关电源的电路多种多样,其中已有许多采用控制芯片。控制芯片只要再外接一些器件即可组成开关电源,从而大大简化了电路设计

FA5310是日本富士电机公司的产品,它具有多种保护功能,外接电路简单,有很大的实用价值。FA5310具有以下特点:

可直接驱动功率MOSFET(I0=±1.5A);宽工作频率范围(5~600kHz);具有逐个脉冲过流限制功能;有过载切断功能(可选用锁定或无保护模式);可用外部信号控制输出ON/OFF;有过压切断功能(锁定模式中)和欠压误动作保护功能(16V时导通,8.7V时关断);等待电流低(90μA);占空比为Dmax=46%,可用于正激和反激电路。

图1为FA5310的引脚排列图。表1所列为各引脚的功能说明。

2工作原理

FA5310的工作原理如下。

2.1振荡

振荡器通过电容充放电产生三角波。CT脚的电压在约3.0V到1.0V的范围内振荡。振荡频率由1脚和7脚的外接时基电阻RT和时基电容CT决定。如下式:



式中,f的单位为kHz,RT为kΩ,CT的单位为pf。


2.2PWM比较器

PWM比较器有四个输入端(如图2所示)。其中振荡器输出(1)与CS脚电压(2)、FB脚电压(3)及DT电压(4)作比较。若(2)(3)(4)脚的最小值比(1)脚低,则PWM比较器输出为高电平,IC输出为低电平;否则PWM比较器输出为低电平,IC输出为高电平。

图3为PWM比较器时序图。当IC加上电源后,可用CS脚电压控制软启动工作,输出脉冲逐渐

变宽。在正常工作时,输出脉宽取决于最大占空比Dmax、DT电压及FB脚电压。

2.3CS脚电路

CS脚可用于软启动工作、过载及过压输出关断和输出的ON/OFF控制。

(1)软启动功能

当电源开通时,10μA的恒流源开始给电容Cs充电。CS脚电压因充电而缓慢上升。因而PWM比较器的输出脉冲也缓慢变宽。

软启动时间可近似地从IC启动到输出脉冲变宽30%的时间来估算。软启动时间由下式给出:ts(ms)=160Cs(μF)

(2)过载关断

如果输出电压由于过载或短路而下降,FB脚的电压将上升。如果FB脚电压超过比较器C3的参考电压(2.8V),C3的输出为低电平,将使晶体管Q关断。在正常工作时,晶体管Q是开通的。CS脚被稳压管Zn箝在3.6V。该稳压管的最大击穿电流为65μA。当Q关断时,箝制解除,10μA的恒流源开始给电容CS充电,CS脚电压上升。当CS脚电压超过比较器C2的参考电压(7.0V)时,C2的输出为高电平,从而使偏置电路关断。这样,IC就进入了锁定模式并关断输出,关断电流的消耗为400μA(Vcc=9V)。此电流必须通过启动电阻提供。而此时IC给MOSFET极开始放电。

将电源电压Vcc降至8.7V以下或将CS脚电压强制降到7.0V时可以使电路重新启动。
从输出短路到关断偏置电路的时间周期tOL由下式给出:

tOL(ms)=340Cs(μF)

(3)输出ON/OFF控制

如果在电容Cs旁并联一个三极管,并通过控制三极管的导通和截止来控制CS脚电压,即可控制IC的导通或关断。

如果三极管导通,CS脚电压降到0.42V以下,C1比较器输出高电平使偏置电路关断,从而使IC输出关断,IC给MOSFET栅极放电。如果三极管截止,Cs又开始充电,IC开始软启动。电源又重新开始工作。

2.4过流限制电路

过流限制电路通过检测主开关MOSFET漏极电流的逐个脉冲的峰值来限制过流。检测的阈值电压是+0.24V。

MOSFET漏极电流被电阻R2(见图4)转换成电压并反馈到IS脚。如果电压超过比较器C4的参考电压(0.24V),则C4输出为高电平,RS触发器的输出Q亦为高电平,则输出脚迅速关断电流。RS触发器的输出Q在振荡器的下一个周期被复位,使输出端又开始工作。这个工作重复用来限制过流。如果过流限制因噪声而产生动作,可在IS脚和MOSFET之间接一个RC滤波器。

2.5欠压锁定电路

在电源下降时,IC中的欠压锁定电路能阻止IC误动作。当电源电压从0V开始上升,IC在Vcc=16.0V时开始工作。当电源电压下降到Vcc=8.7V时,IC关断输出。当欠压锁定电路工作时,CS脚电压变低,使IC复位。

2.6输出电路

IC的推挽输出可直接驱动MOSFET。OUT脚的电流可达1.5A。

在欠压锁定电路工作时,如果IC停止工作,MOSFET栅压降低,MOSFET被关断。

3应用电路及设计考虑

图5为FA5310的应用电路。从电源开通到IC启动的时间由R1和C5确定。如果它们太大,电路起动就较慢。R1必须根据下式来确定。考虑到电路关断时的电流为400μA(在cc=9V时):

R1<{VAC(2)1/2/π-9}/400AC为交流输入电压。

IC供电电路在起动时,由电源通过R1供电,但电流较小。电路正常工作以后,由变压器的馈电绕组经二极管ERA91-02整流后给IC供电,这样既可保证IC要求的电流。又可省掉辅助源。MOSFET因为要承受电源两倍的峰压、电网的波动以及浪涌电压,所以对于220V的电网电压,MOSFET的耐压最好应在800V以上。MOSFET漏极上的RCD电路为复位电路,而源-漏极间的RC电路用来抑制浪涌电压。

在变压器次级,当输出电压瞬间比5V高得多时,光耦PC1导通,使FB端短接地,IC暂停输出,从而使电路输出保持平稳。

关键字:频率  脉冲  过流  振荡

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