簡(jiǎn)化50W以下開關(guān)電源電路拓樸結(jié)構(gòu)的芯片解析方案

1 引言

低成本、高效率、小型化、離線式調(diào)節(jié)是開關(guān)電源發(fā)展的必然趨勢(shì)。意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的VIPer50是將功率MOSFET與PWM控制器集成在同一芯片的單片開關(guān)電源集成電路，它是目前最具代表性的五端單片開關(guān)電源器件。該芯片簡(jiǎn)化了50W以下開關(guān)電源電路的拓樸結(jié)構(gòu)，使得開關(guān)電源的效率和可靠性大幅度提高，同時(shí)大大降低了電源電路的體積與制造成本。

2　VIPer50的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

VIPer50在芯片上集成了開關(guān)管、驅(qū)動(dòng)級(jí)、振蕩器、PWM控制器、欠壓鎖存電路、寬帶誤差放大器、延遲電路、消隱電路、過載和超溫保護(hù)電路等，實(shí)現(xiàn)了單片集成化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1　VIPer50內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

VIPer50的主要特點(diǎn)如下：

(1)集優(yōu)化的高壓縱向功率MOSFET、脈寬調(diào)制器(PWM)和各種保護(hù)電路于一體，使外圍元件減少20~50個(gè)，提高了系統(tǒng)的可靠性并降低成本。

(2)工作電壓范圍為85~265VAC，適合于世界各地的工頻電源，無需電壓選擇開關(guān)。

(3)轉(zhuǎn)換效率高，待機(jī)電流小。具有獨(dú)特的突發(fā)模式控制功能，當(dāng)電源處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)自動(dòng)進(jìn)入突發(fā)模式，消耗功率低于1W，符合歐洲“藍(lán)天使”的待機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。

(4)既可工作于固定頻率(約200kHz)方式，也可工作于用戶調(diào)整方式或同步方式，最高工作頻率可設(shè)置為300kHz。

(5)開機(jī)軟啟動(dòng)，并具備完善的保護(hù)功能，例如欠壓磁滯鎖存、超溫關(guān)機(jī)、過壓限制保護(hù)等。

(6)不需要外圍電流檢測(cè)電路，利用MOSFET的導(dǎo)通電阻RDS(on)來檢測(cè)和控制流它的電流，與分立MOSFET的作用不相同。

3　VIPer50的引腳功能

VIPer50采用了PENTAWATT　HV、PENTAWATT　HV(220)、PowerSO-TOTM三種的封裝，各引腳功能描述如下：

漏極引腳(DRAIN)，內(nèi)部連接高壓功率MOSFET的漏極引腳。在電源啟動(dòng)期間，通過高壓電流源為內(nèi)部控制電路提供偏置電流，在電源正常工作期間關(guān)閉高壓電流源。

源極引腳(SOURCE)，內(nèi)部連接功率MOSFET的源極引腳。

電源供電引腳(VDD)，該引腳有兩種功能：(1)給內(nèi)部控制電路提供電源電壓，當(dāng)VDD引腳電壓低于8V時(shí)，功率MOSFET關(guān)斷，啟動(dòng)電流源被激活， VDD引腳偏置電流約2mA，COMP對(duì)地短路。當(dāng)VDD電壓升高到11V閾值電壓時(shí)，啟動(dòng)電流源自動(dòng)關(guān)閉，器件開始轉(zhuǎn)換，變壓器向負(fù)載供電。(2)內(nèi)部連接誤差放大器，允許初級(jí)調(diào)節(jié)設(shè)置和次級(jí)調(diào)節(jié)設(shè)置。

控制引腳(COMP)，該引腳有兩種功能：(1)它是誤差放大器的輸出端，外部連接RC網(wǎng)絡(luò)用于回路補(bǔ)償。(2)當(dāng)電子設(shè)備進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)時(shí)，COMP引腳將電壓低于0.5V，器件能自動(dòng)轉(zhuǎn)換到突發(fā)模式(低頻工作模式)，從而降低了開關(guān)電源的損耗。

頻率調(diào)整引腳(OSC)，該引腳通過偏置電阻Rt連接到VDD，Rt、Ct網(wǎng)絡(luò)決定了內(nèi)部振蕩頻率。改變Rt、Ct的參數(shù)，可使振蕩頻率在30kHz~1000kHz范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。Rt、Ct的取值與與振蕩頻率FSW之間的關(guān)系滿足：

當(dāng)Rt>1.2kΩ，Ct≥15nF時(shí)，F(xiàn)SW≤40kHz。