开关电源次级智能电压型PWM控制芯片KA3511

2011-05-22 10:01:47来源: 互联网

1引言

开关电源(SMPS)次边监控IC,用作组成SMPS的辅助(housekeeping)电路,以履行过电压和欠电压保护及遥控开/关等功能。SPMS次边监控IC,内部电路往往比初级侧PWM控制器IC更加复杂,引脚也往往更多。但是,使用此类IC后,不会引起SMPS元件数量和成本上的增加。本文介绍的美国快捷公司生产的PCSPMS次边监控芯片KA3511,是一种改进型的固定频率PWM控制IC。用其设计PC电源,是目前比较理想的选择。

2引脚功能及主要特点

KA3511采用22脚DIP封装,引脚排列如图1所示。

KA3511主要由振荡器、误差放大器、PWM比较器、过电压保护(OVP)与欠电压保护(UVP)电路、遥控开/关控制电路、电源好(pwoergood)信号产生器和精密参考电压等单元电路所组成,引脚功能如表1所示。

表1引脚功能

脚号 名称 功能
1 VCC 电源电压
2 COMP 误差放大器(E/A)输出
3 E/A(-) E/A反向输入
4 E/A(+) E/A同相输入
5 TREM 遥控开/关延迟
6 REM 遥控开/关输入
7 RT 振荡器频率设定电阻
8 CT 振荡器频率设定电容
9 DET 欠电压检测输入
10 TPG 电源好(PG)信号延迟
11 PG 电源好信号输出
12 Vref 5.03V±2%的参考电压
13 V3.3 3.3V输出的OVP、UVP输入
14 V5 5V输出的OVP、UVP输入
15 V12 12V输出的OVP、UVP输入
16 PT 另外的保护输入
17 TUVP UVP延迟
18 GND 信号地
19 DTC 死区时间控制输入
20 C2 输出驱动
21 E 功率地
22 C1 输出驱动

图1KA3511引脚排列

图2PWM控制电路

图3工作波形

图4软启动电路

KA3511的主要特点如下:

(1)只需很少量的外部元件,就可以组成性能优良的SPMS辅助电路;

(2)固定频率、可变占空比电压型PWM控制;

(3)利用死区时间控制实现较启动;

(4)为推挽操作对偶输出,每个输出晶体管的电

流容量为200mA;

(5)对于SMPS的+3.3V、+5V和+12V输出,

具有OVP和UVP功能;

(6)遥控开/关控制功能;

(7)为监视电源电压电平,使微处理器安全操作,

内置电源好信号产生器;

(8)精密电压参考,容差为±2%(4.9V≤Vref≤

5.1V);

(9)电源电压VCC=14~30V,待机(standby)电

流(ICC)典型值是10mA。

3工作原理

3?1振荡器

KA3511是固定频率PWM控制IC,内部线性锯齿波振荡器的频率由IC脚7外部电阻RT和脚8外部电容CT设定:fosc=

3?2PWM控制电路

KA3511的PWM控制电路如图2所示,图3为其工作波形。

误差放大器用作感测电源输出电压,它的输出连接到PWM比较器的同相输入端。死区时间控制比较器有一个0.12V的失调电压,以限制最小输出死区时间。PWM比较器为误差放大器调节输入脉冲宽度提供了一个手段。当振荡器定时电容CT放电时,在死区时间比较器输出上产生一个正脉冲。时钟脉冲控制触发器,并使输出晶体管Q1和Q2禁止。为使Q1和Q2推挽工作,脉冲控制触发器将调制脉冲对准Q1和Q2中的一只晶体管,其输出频率是振荡器频率的一半。

输出PWM通过CT上的正锯齿波与两个控制信号中的任意一个进行比较完成。或非(NOR)门驱动输出晶体管Q1和Q2使能,此情况仅当触发器时钟输入为低电平时发生。随控制信号幅值的增加,输出脉冲宽度相应变窄。控制信号是电源输出的反馈输入,亦即误差放大器输入。

3?3软启动电路

KA3511的软启动电路如图4所示。软启动的目的是防止SMPS的输出(3.3V/5V/12V)在启动时上升太快,达到OVP电平。在主电源开始接通时,死区时间控制电压为3V,尔后进入低态。低态电压由R1和R2决定:VDTC(LOW)=×Vref

由于Vref=5V,R1=47kΩ,R2=1kΩ,故VDTC(LOW)≈105mV。在软启动过程中,电源输出上升时间典型值是15ms,输出占空比从最小到最大变化。

如果遥控电压为“高”(“H”)态时,死区时间控制电压通过IC内3mA的电流源保持在3V[=3mA×R2(1kΩ)]。当遥控电压变为“低”(“L”)态时,死区时间控制电压将从3V变为0V。

图5输出调节电路

图6OVP电路

图7UVP电路

图8遥控开/关及延迟电路

3?4输出电压调节

输出电压调整电路如图5所示。+5V和+12V的输出电压由R1、R2与R3及R4的电阻比确定。如果输出电压(+5V或+12V)升高或降低,KA3511通过PWM控制比较器信号和误差放大器输出,使主电源开关的占空比相应变化,实现SMPS输出电压的调节。R5与C1组成补偿电路,以使系统稳定。

3?5OVP电路

OVP电路如图6所示。OVP功能通过IC脚13、脚14和脚15分别连接到SMPS次边+3.3V、+5V和+12V的输出实现。IC内部电阻R1与R2、R3与R4和R5与R6的电阻比与参考电压Vref决定每一个OVP电平。例如,对于+3.3V输出的OVP门限电压为:VOVP1(+3.3V)=×VA=×Vref=4.1V

同理,R3与R4、R5与R6决定的+5V和+12V输出的OVP电平分别是6?2V和14?2V。

IC脚16(PT)是OVP比较器的另一个保护输入,OVP电平由PT外部电阻R101和R102决定(典型值是1?15V)。

3?6UVP电路

KA3511的UVP电路如图7所示。该电路由带三个输入的UVP比较器及R1与R2、R3与R4和R5与R6电阻分压器组成。对于SMPS次边+3.3V、+5V和+12V的三个输出,每一个UVP电平分别是2.3V、4V和10V。

3?7遥控开/关与延迟电路

KA3511的遥控开/关及延迟电路如图8所示。这部分电路利用微处理器控制。如果有一个大信号施加到IC脚6,比较器输出高电平,并被传送到开/关延时电路和电源好(PG)电路。如果没有信号施加到脚6,脚6则保持5V的高电平。当REM(脚6)=“H”时,在经过约8ms的开通延时之后,PWM=“H”,主SMPS关断。当REM=“L”时,在经过约24ms的延时之后,PWM=“L”,主SMPS则工作。

3?8R/S触发器电路

图9为KA3511的R/S触发器电路。R/S触发器由OVP、UVP和一些延迟的遥控开/关信号控制。如果OVP或UVP输出是高电平,触发器置位信号则为高态,PWM亦为“高”,主电源关断。当遥控信号是高态时,它的延迟输出信号施加到R/S触发器的复位端口,导致置位为低态,从而使输出Q是低态。在这个时间中,PWM通过延迟的遥控高信号保持在高态。在主电源被OVP/UVP和通过遥控初始化关断之后,如果遥控信号变为低态,主电源则开始工作。

图9R/S触发器电路

图10电源好信号产生器电路

图11KA3511应用电路

3?9电源好信号产生器

KA3511的电源好信号产生器电路如图10所示。电源好信号产生器电路产生依赖于输出电压状态的“开”与“关”信号。当IC脚11上的输出PG=“H”时,意味着电源是“好的”;当PG=“L”时,则表示电源出现故障。

当电源接通时,为稳定输出,在经过约250ms的延时之后产生PG“高”信号。当电源切断时,为保护下面所跟随的系统,通过检测电源状态产生PG“低”信号,并且没有延迟。

比较器COMP1和COMP2分别用作检测+5V和VCC电压。VCC检测点电压为17?2V,脚9(DET)外部电阻R11和R12的取值应符合下面的等式要求:VDET=1.25V×=17.2V

当+5V的输出降至4?3V以下时,为提高系统稳定性,比较器COMP3产生不带延迟的PG“低”信号。当遥控开/关信号是高态时,则产生不带延迟的PG“低”信号。在主电源被接地之前,PG就变为低态。

PG延时(Td)由IC脚10(TPG)外部电容CPG、COMP3的门限电压Vth和充电电流Ichg决定:Td====250ms

4应用电路

KA3511只需外加很少量的元件,即可在SMPS的次边组成功能齐全的SMPS辅助电路。KA3511的典型应用电路如图11所示。

在图11所示的SMPS次边监控电路中,KA3511的脚13、脚14和脚15分别连接PCSMPS的3?3V、5V和12V的次边输出,以履行OVP和UVP功能。IC脚4通过外部电阻分压器感测SMPS次边5V和12V的输出电压,并与脚3内部1?25V的参考电压进行比较,其输出和PWM比较器的控制信号调节主电源开关的占空比,以使输出电压稳定。IC脚2与脚3之间在外部连接的RC网络,用作误差放大器输出与反相输入之间的补偿。IC脚6为遥控开/关输入,脚5外部电容用作遥控开/关延迟。脚7外部12kΩ的电阻和脚8外部0.01μF的电容,用作设定IC振荡器频率。脚9可通过外部电阻分压器对VCC进行欠电压检测(见图10),脚10外部电容(2.2μF)用作电源好(PG)信号延迟,脚17外部电容(2.2μF)用作UVP延迟。

关键字:智能  控制  芯片

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0522/article_8946.html
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