新型反激變換器準(zhǔn)諧振控制器ICE1QS01及其應(yīng)用電路

摘要：ICE1QS01是一種支持低功率待機(jī)和功率因數(shù)校正(PFC)的開(kāi)關(guān)電源準(zhǔn)諧振控制器。介紹了ICE1QS01的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及其應(yīng)用電路與設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：準(zhǔn)諧振控制器;ICE1QS01;反激變換器;設(shè)計(jì)

0 引言

ICE1QS01是英飛凌公司推出的一種輸出功率范圍從1W到300W，帶或不帶功率因數(shù)校正(PFC)的反激式變換器控制器。該控制器IC工作在準(zhǔn)諧振模式，典型應(yīng)用包括TV，VCR，DVD播放機(jī)，衛(wèi)星接收機(jī)和筆記本電腦適配器等。

為了在輕載下降低功率消耗，ICE1QS01隨著負(fù)載的減小，其開(kāi)關(guān)頻率逐步數(shù)字式地降至20kHz的最低值。同時(shí)，隨頻率降低保持準(zhǔn)諧振模式。在從滿(mǎn)載到空載的整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)，能夠平穩(wěn)工作。當(dāng)工作頻率降低時(shí)，IC的數(shù)字抗抖動(dòng)電路可以消除過(guò)零信號(hào)的連續(xù)跳動(dòng)，尤其是可以避免電視機(jī)中因偏轉(zhuǎn)引起的負(fù)載連續(xù)變化產(chǎn)生的抖動(dòng)。為了減小功率MOSFET的開(kāi)關(guān)應(yīng)力，功率晶體管總是在最低的電壓上接通。電壓調(diào)整既可利用內(nèi)部誤差放大器，也可利用外部光耦合器。由于采用新的初級(jí)調(diào)節(jié)方法，在變壓器控制繞組與控制輸入之間的外部整流電路，可用一個(gè)電壓分配器來(lái)取代。在待機(jī)模式下，IC自動(dòng)進(jìn)入突發(fā)模式，待機(jī)輸入功率遠(yuǎn)低于1W。保護(hù)功能包括Vcc過(guò)壓/欠壓鎖定，主線(xiàn)電壓欠壓關(guān)斷和電流限制等。ICE1QS01的啟動(dòng)電流僅約50μA，它是一種低功耗綠色SMPS芯片。

1 芯片的封裝與電路組成及其功能與工作原理

ICE1QS01采用P-DIP-8-4封裝，引腳排列如圖1所示。表1列出了各引腳的功能。

圖1 ICE1QS01的引腳排列

表1 引腳功能 引腳 符號(hào) 功能簡(jiǎn)述

1 N.C 未連接

2 PCS 初級(jí)電流模擬(simulation)輸入

3 RZI 調(diào)整與過(guò)零信號(hào)輸入

4 SRC 軟啟動(dòng)和調(diào)整電容器連接端

5 OFC 過(guò)電壓故障比較器輸入

6 GND 地

7 OUT MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器輸出

8 VCC 電源電壓施加端

ICE1QS01芯片主要由比較器，觸發(fā)器和數(shù)字處理電路組成，具體如圖2所示。

圖2 ICE1QS01芯片電路組成

在圖2所示的電路中，左上角部分為折彎點(diǎn)(foldback point)校正單元。該部分電路的功能是在MOSFET導(dǎo)通期間，從腳RZI流出一個(gè)電流，電流源CS4提供的0.5mA的電流被扣除，所得到的電流I4乘以0.2(即為I3)，被饋送到IC的PCS腳，從而增加PCS腳外部電容的充電電壓斜率。當(dāng)AC線(xiàn)路電壓升高時(shí)，MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間縮短，最大輸出功率保持不變。主線(xiàn)電壓通過(guò)Vcc偏置繞組并經(jīng)連接在腳RZI上的一支電阻來(lái)檢測(cè)。

在腳RZI內(nèi)部，門(mén)限電平5V和4.4V的比較器用于初級(jí)調(diào)整，門(mén)限電平1V和50mV的比較器分別是振鈴抑制時(shí)間比較器和過(guò)零信號(hào)比較器。

在圖2的右上角是計(jì)數(shù)器、定時(shí)器和比較器組成的數(shù)字頻率降低電路以及反相輸入端為VRM=4.8V與VRH=4.4V并帶VRH鎖定的比較器和反相輸入端VRL=3.5V并帶VRL鎖定的比較器。

在圖2的中央是軟啟動(dòng)和通—斷(on-off)觸發(fā)器。軟啟動(dòng)觸發(fā)器通過(guò)通—斷觸發(fā)器的上升沿(并利用沿檢測(cè)器ED1)置位。通—斷觸發(fā)器通過(guò)反相輸入端15V的比較器(圖2左下方)置位。該比較器上面是20V的Vcc過(guò)電壓比較器，下面是145V和9V的欠電壓比較器。IC腳PCS內(nèi)部電阻R2連接一個(gè)開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)由一個(gè)與門(mén)輸出控制，與門(mén)的輸入來(lái)自通—斷觸發(fā)器的輸出。在開(kāi)關(guān)接通時(shí)，腳PCS外部電容放電到1.5V。當(dāng)進(jìn)入PCS腳的電流低于100μA時(shí)，在主線(xiàn)欠電壓比較器輸出產(chǎn)生一個(gè)低電平輸出信號(hào)。該輸出信號(hào)經(jīng)一個(gè)與門(mén)和或門(mén)電路置位脈沖鎖定觸發(fā)器，與門(mén)的另一個(gè)輸入是接通時(shí)間觸發(fā)器的反相輸出。

位于圖2中間下方的是突發(fā)觸發(fā)器和脈沖鎖定觸發(fā)器。突發(fā)觸發(fā)器由IC腳SRC內(nèi)的2V比較器輸出置位。突發(fā)觸發(fā)器的輸出，連接到脈沖鎖定觸發(fā)器的置位輸入。脈沖鎖定觸發(fā)器的輸出，影響接通時(shí)間觸發(fā)器的復(fù)位輸入。接通時(shí)間觸發(fā)器的輸出，連接到IC腳OUT內(nèi)的輸出緩沖器。脈沖鎖定觸發(fā)器也可由20V的過(guò)電壓比較器置位。

IC腳SRC內(nèi)部的電流源CS1為SRC腳外部電容器提供500μA的放電電流。與CS1并聯(lián)的電流源CS2，通過(guò)軟啟動(dòng)觸發(fā)器激活。CS2的電流通過(guò)50ms定時(shí)器控制逐步改變，以此為軟啟動(dòng)產(chǎn)生上升的調(diào)節(jié)電壓。

一個(gè)20kΩ的上控電阻R1下端在內(nèi)部連接到SRC腳，上端通過(guò)開(kāi)關(guān)連接到5V的參考電壓。該開(kāi)關(guān)由一個(gè)觸發(fā)器的輸出控制，該觸發(fā)器通過(guò)接通時(shí)間觸發(fā)器的輸出下降沿置位，以產(chǎn)生振鈴抑制時(shí)間。接通時(shí)間觸發(fā)器由過(guò)零信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)與門(mén)復(fù)位，該與門(mén)的另一個(gè)輸入是下部第二個(gè)觸發(fā)器的輸出。當(dāng)RZ1腳上的脈沖高度超過(guò)44V的門(mén)限時(shí)，第二個(gè)觸發(fā)器置位。

在圖2右上部的數(shù)字頻率減小電路中，4位加/減(UP/DOWN)計(jì)數(shù)器的寄存數(shù)決定變壓器退磁后的過(guò)零信號(hào)數(shù)。過(guò)零信號(hào)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)輸入過(guò)零信號(hào)，并由一個(gè)比較器檢測(cè)和放大。只要過(guò)零計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)數(shù)與加/減計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)數(shù)相等，比較器就發(fā)送一個(gè)輸出信號(hào)至接通時(shí)間觸發(fā)器，從而使功率MOSFET導(dǎo)通。為避免抖動(dòng)，加/減計(jì)數(shù)器的存儲(chǔ)數(shù)僅在50ms定時(shí)器確定的每個(gè)50ms周期之后加1或減1改變，這種變化取于VRH和VRL鎖存狀態(tài)。如果兩個(gè)鎖存處于低態(tài)，計(jì)數(shù)器增加1。如果僅VRL鎖定置位，加/減計(jì)數(shù)器仍不變化。如果VRL和VRH被置位于高電平，加/減計(jì)數(shù)器減少1。在此之后VRH與VRL鎖定被復(fù)位。在接下來(lái)的50ms內(nèi)，VRH與VRL鎖存將再次置位。當(dāng)IC腳SRC上電壓VSRC3.5V時(shí)，VRL鎖定置位，加/減計(jì)數(shù)器加1;當(dāng)VSRC>4.4V時(shí)，VRH鎖定置位，加/減計(jì)數(shù)器減1。在一個(gè)大的負(fù)載跳躍這后，為能迅速調(diào)節(jié)到最大的功率電平上，只要VSRC>4.8V時(shí)，加/減計(jì)數(shù)器被置位到1(0001)。

2 應(yīng)用與設(shè)計(jì)

2.1 應(yīng)用實(shí)例與電路簡(jiǎn)析

圖3是由ICE1QS01作控制器的200W高端電視機(jī)SMPS電路。該電路輸入AC90～264V，4路輸出電壓/電流分別為135V/0.75A，30V/1.2A，15V/0.5A和7V/1.2A。

圖3 基于ICE1QS01的200W彩色電視機(jī)SMPS電路