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          具有低功耗待機(jī)和PFC功能的開關(guān)電源控制器

          作者: 時(shí)間:2004-12-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          摘要:TDA16846-2和TDA16847-2是英飛凌公司生產(chǎn)的改進(jìn)型(SMPS)芯片。文中介紹了其主要特點(diǎn),重點(diǎn)介紹了基于TDA16846-2的彩電SMPS電路工作原理。

          關(guān)鍵詞:SMPS;;TDA168460-2/TDA16847;

          1 概述

          英飛凌(Infineon)公司推出的TDA16846和TDA16847自投放市場以來,在TV、VCR、SAT接收機(jī)及PC監(jiān)視器等SMPS中獲得了廣泛應(yīng)用。目前對(duì)這兩種控制器進(jìn)行了改進(jìn),并將改進(jìn)和創(chuàng)新后的器件稱為2型或第二代產(chǎn)品,型號(hào)分別為TDA16846-2和TDA16847-2。

          TDA16846-2/TDA16847-2是支持低功率和功率因數(shù)校正?PFC?的SMPS控制器,可用于固定頻率PFC或同步模式反激式變換器中,該產(chǎn)品既可以驅(qū)動(dòng)功率MOSFET,也可以驅(qū)動(dòng)雙極型功率器件。TDA16846-2/TDA16847-2在輕載下性能,其開關(guān)頻率可以隨負(fù)載減輕而逐步降低。

          2 TDA16846-2/47-2的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

          TDA16846-2和TDA16847-2采用14腳P-DIP-14-3封裝,其引腳排列如圖1所示。圖2是這兩種芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

          這兩種器件的不同點(diǎn)是TDA16846-2的8腳不接,而TDA16847-2的8腳為暫態(tài)高功率電路的電源功率管理輸出(該腳通過一只電容和一個(gè)RC電路與地相連)。兩種器件的引腳如表1所列。

          表1 引腳

          引 腳符 號(hào)

          功 能

          1OTC內(nèi)置截止時(shí)間電路,該腳與地之間連接RC電路,決定振鈴抑制時(shí)間和頻率
          2PCS初級(jí)電流模擬(檢測)
          3RZ1調(diào)整和過零信號(hào)輸入
          4SRC連接軟啟動(dòng)和控制電壓調(diào)節(jié)電容器
          5OC1光耦合器輸入
          6FC2不連接(TDA16846-2)/該腳電壓大于1,2V,SMPS截止)
          7SYN同步輸入
          8N.C./PMO不連接(TDA16846-2)/暫態(tài)高功率電路功率管理輸出(TDA16847-2)
          9REF參考電壓和電流
          10FC1故障比較器1輸入(該腳電壓大于1V,SMPS截止)
          11PVC初級(jí)電壓檢測
          12GND
          13OUTMOSFET柵極驅(qū)動(dòng)輸出
          14VCC電源電壓

          TDA16846-2/TDA16847-2除軟啟動(dòng)、低、低啟動(dòng)電流及欠壓/過壓保護(hù)、電流限制/短路保護(hù)及靜電放電?ESD?保護(hù)外,還如下主要特點(diǎn):

          ●帶有PFC,并采用電荷泵電路;

          ●頻率隨負(fù)載減輕可連續(xù)降低,在模式下,頻率可調(diào)至20kHz;

          ●可在固定頻率或同步模式下操作;

          ●帶有臨時(shí)高功率電路(THPC),具有電源管理功能(僅TDA16847-2)。

          TDA16846-2/TDA16847-2的5腳(OCI)輸入電壓范圍擴(kuò)大到0V,該腳與地之間不再需要連接電阻;7腳(SYN)改進(jìn)了啟動(dòng)特性,阻止了變壓器飽和;11腳(PVC)通過加入尖峰信號(hào)消隱,提高了抗噪擾能力;13腳(OUT)減小了截止態(tài)輸出電壓電平;14腳(VCC)通過尖峰消隱,改善了抗噪性能。

          與先前的TDA16846/TDA16847比較,TDA16846-2和TDA16847-2除進(jìn)一步強(qiáng)化了低功率待機(jī)功能外,還在抗噪性能方面具有明顯改善。

          TDA16846-2/TDA16847-2支持低功率待機(jī)功能,在彩電等應(yīng)用系統(tǒng)中具有重要意義。美國“能源之星”等標(biāo)準(zhǔn)要求電視機(jī)的待機(jī)不大于3W,根據(jù)中國節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證中心?CPCE?抽樣調(diào)查,國產(chǎn)彩電待機(jī)功耗低于3W的只占被測彩電總量的13.4%,而9W以上的卻占34.8%。目前待機(jī)功耗低于3W的國產(chǎn)彩電系列品種雖有較大增加,但距全部實(shí)現(xiàn)低于3W的目標(biāo)尚有一定距離。使用TDA16846-2/TDA16847-2設(shè)計(jì)的彩電SMPS可以滿足低待機(jī)功耗的要求,而且可以降低成本。

          圖2

          3 應(yīng)用電路及工作原理

          用TDA16846-2作控制器的SMPS電路如圖3所示。為執(zhí)行PFC,該電路在橋式整流器與150μF的濾波電容C07之間插入了由電感L08、二極管D08和電容C08組成的電荷泵電路,這樣配合功率開關(guān)(T01),就可在橋式整流器輸入端產(chǎn)生接近正弦波的AC電流,且與AC線路電壓接近同相位,從而使線路功率因數(shù)(PF)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.90,電流總諧波失真(THD)低于20%。

          3.1 啟動(dòng)特性

          SMPS加電之后,由于濾波電容C07正極上有直流干線電壓,所以與IC1 2腳連接的電阻R22將有電流通過。該電流從IC1的2腳流入,經(jīng)2腳與14腳內(nèi)部連接的二極管?參見圖2?對(duì)14腳外部電容C26充電。一旦C26上的充電電壓達(dá)到150.5V的導(dǎo)通電平以上時(shí),芯片開始工作。器件14腳上Vcc導(dǎo)通電流典型值為5mA,通過C26放電使14腳上的電壓下降,在尚未降至欠壓關(guān)斷門限時(shí),變壓器的輔助繞組(7T)將通過IC14腳外部二極管D26對(duì)芯片提供所需的電流。當(dāng)IC在固定頻率下工作時(shí),為防止在啟動(dòng)期間出現(xiàn)多重脈沖,可在IC1的3腳脈沖電壓超過2.5V門限之前,使IC1工作于自由振蕩(free running)模式。

          3.2 初級(jí)電流模擬/電流限制

          電路中IC1的2腳外部電阻R22和電容C22用于產(chǎn)生一個(gè)與功率晶體管T01電流成正比的電壓。在T01截止時(shí),腳2上電壓為1.5V,這樣當(dāng)C22通過R22被充電時(shí),T01將處于導(dǎo)通狀態(tài)。此時(shí)腳2上的電壓V2可表示為:

          V2=1.5V+LP IP/(R22 C22)

          式中,LP為變壓器初級(jí)繞組電感,IP為通過功率晶體管的電流。

          V2一般施加到IC2腳內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間比較器的同相輸入端,并與反相輸入端上的控制電壓比較。如果V2超過控制電壓,驅(qū)動(dòng)器阻斷,以起到電流限制作用。控制電壓最大值是IC1內(nèi)的5V參考電壓。功率晶體管的最大電流IP(max)為:

          IP(max)=[(5V-1.5V)R22 C22]/LP

          控制電壓可由IC1內(nèi)的誤差放大器、光耦合器或IC1腳11上的電壓(V11)來決定。

          圖3

          3.3 折回(Fold Back)點(diǎn)校正

          IC1腳11(PVC)上的電壓V11可從連接到DC總線與地之間的電阻分壓器(R23與R24)上獲得。如果經(jīng)整流的總線電壓升高,功率晶體管的最大電流IP(max)將減小。實(shí)際上,最大電流IP(max)是獨(dú)立的,與DC總線電壓無關(guān)。可表示為:

          Ip(max)=[(4V-V11/3)R22 C22]/Lp

          3.4 截止時(shí)間電路?OTC?

          IC1腳1(OTC)外部與地之間連接的R30和C30用于組成RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)IC1驅(qū)動(dòng)器關(guān)斷時(shí),內(nèi)部電流源首先用0.5mA的電流對(duì)腳1外部電容C30充電。一旦腳3(RZI)上電壓達(dá)到2.5V,充電電流將達(dá)到1mA,直到C30上的電壓被充電到3.5V為止。C30的充電時(shí)間約為τ=(C30 1.5V)/1mA。

          當(dāng)C30上的電壓達(dá)到3.5V以后,內(nèi)部電流源將被切斷,C30通過R30放電。當(dāng)IC1腳1上的電壓施加到內(nèi)部截止時(shí)間比較器時(shí),比較器的另一個(gè)輸入就是控制電壓。當(dāng)截止時(shí)間比較器輸出高電平且腳3上的電壓低于25mV時(shí),內(nèi)部導(dǎo)通時(shí)間觸發(fā)器置位,以保證功率晶體管在最小的電壓時(shí)接通。如果沒有過零信號(hào)則進(jìn)入IC1腳3,那么,在腳1上的電壓低于1.5V之前,功率晶體管將經(jīng)過一段延時(shí)之后接通。只要腳1上電壓高于被限制的控制電壓,導(dǎo)通時(shí)間觸發(fā)器就會(huì)截止,以抑制腳3上不適當(dāng)?shù)倪^零信號(hào)。而一旦控制電壓低于2V,關(guān)斷時(shí)間將達(dá)到恒定的最大值(≈0.56 R30 C30)。表2列出了控制電壓與輸出功率及截止時(shí)間的關(guān)系。

          表2 控制電壓與輸出功率、截止時(shí)間關(guān)系

          控制電壓輸出功率截止時(shí)間
          1.5~2V不變(達(dá)最大值)
          2~3.5V減小
          3.5~5V自由振蕩

          實(shí)際上,變換器開關(guān)頻率是輸出功率的函數(shù)。

          TDA16846-2的負(fù)載從屬頻率曲線如圖4所示。

          3.5 誤差放大器/軟啟動(dòng)

          IC1的(RZI)3腳是誤差放大器和過零信號(hào)輸入,(SRC)4腳是控制電壓輸入。誤差放大器的同相輸入端是5V參考電壓。IC1腳3上的輸入信號(hào)可從變壓器輔助繞組經(jīng)R38和R29組成的電阻分壓器獲得。如果腳3上的輸入脈沖高于5V門限時(shí),腳4上的控制電壓將被拉低。因此,腳4與地之間連接的電容C25可用于決定控制電壓的控制速度和軟啟動(dòng)持續(xù)時(shí)間。

          3.6 固定頻率與同步化操作

          在圖3所示的應(yīng)用電路中,由于IC1的7腳與9腳(5V參考電壓輸出)是連接在一起的,故IC1工作在自由振蕩調(diào)節(jié)模式。

          若要求IC1在固定頻率下操作時(shí),腳7與地之間必須連接并聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)(Rosc與Cosc),此時(shí),其開關(guān)頻率fsw將由Rosc與Cosc設(shè)定:

          fsw≈1.2/RoscCosc。

          因此,當(dāng)Rosc=20kΩ、Cosc=470pF時(shí),fsw=88kHz。

          欲使IC1工作在同步模式,腳7上加入的同步信號(hào)頻率必須高于振蕩器的頻率。

          TDA16847-2的應(yīng)用電路與TDA16846-2的應(yīng)用電路相比,除TDA16847-2的8腳外部與地之間需要連接一只100pF的電容及RC?R=1MΩ,C=4.7μF?電路外,其它部分幾乎完全相同。



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