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不二越开关电源点击次数:34更新时间:2012-10-21 13:10:40【打印】【关闭】深圳电源适配器生产厂家不二越开关电源 第一节：不二越开关电源集成控制芯片目前，集成开关电源控制芯片技术已经十分成熟，为开关电源的制造带来极大便利，并促进了成本的下降这类芯片含有：MOS智能开关、电源管理电路、半桥或全桥逆变器、PWM专用SPIC、线性集成稳压器、开关集成稳压器等不二越电源使用的电源控制芯片是：M51995AFP下面我们介绍这种芯片 §3-1-1．芯片管脚排列及说明这个芯片是M51995AP的扩展M51995AP的管脚排列见图19，各引脚定义如下：图3-1：M51995AP管脚排列图COLLECTOR：图腾柱输出集电极Vout：图腾柱输出EMITTER：图腾柱输出发射极VF：VF控制端ON/OFF：工作使能端OVP：过压保护端DET：检测端F/B：电压反馈端T－ON：计时电阻ON端CF：计时电容端T－OFF：计时电阻OFF端CT：断续方式工作检测电容端GND：芯片地CLM－：负压过流检测端CLM＋：正压过流检测端图3-2：M51995APF管脚排列图可以看出，除了5、6、15、16四个脚提供两对热沉控制端以外，其余都是相同的。

§3-1-2．芯片基本特性：一、芯片特性：M51995A是MITSUBISHI公司推出的专门为AC/DC变换而设计的离线式开关电源初级PWM控制芯片该芯片内置大容量图腾柱电路，可以直接驱动MOSFETM51995A不仅具有高频振荡和快速输出能力，而且具有快速响应的电流限制功能它的另一大特点是过流时采用断续方式工作，具备过流及短路保护功能芯片的主要特征如下：500kHz工作频率；输出电流达2A，输出上升时间60μs，下降时间40μs；起动电流小，典型值为90μA；起动和关闭电压间压差大：起动电压为16V，关闭电压为10V；改进图腾柱输出方法，穿透电流小；过流保护采用断续方式工作；用逐脉冲方法快速限制电流；具备欠压、过压锁存电路二、推荐使用条件：电源：12-36V工作频率：小于500KHz振荡频率设置电阻：Ron：10-75K，Roff：2-30K三、特性图及简介：    这里，有选择地介绍该器件的主要特性    图3-3：功率/温度曲线             图3-4：Icc/Vcc曲线（正常工作）1．功率/温度特性：它由功率上限、温度上限、及负温度特性的斜线组成低温区（25度以下），主要受最大功耗限制，高温区（85度以上）受最高允许温度限制。

25-85度区域，呈负温度特性芯片使用应控制在这个范围内2．Icc/Vcc特性：Icc、Vcc指电源电流、电压的关系该特性具有滞回特性，即开启电压比关闭电压高前者为16V，后者为10V而且，频率越高，芯片电流相对越大图3-5：振荡频率/温度曲线                                                          图3-6：占空比/温度曲线3．振荡频率/温度特性该芯片内置了一个振荡元件需要外接的振荡电路， 该电路频率将随温度变化而呈现负温度特性4．占空比/温度特性占空比随温度变化不大，略成负温度特性实际上，温度会影响很多器件的特性，对精密电路，这种影响是必须考虑的图3-7：输出高电平/拉电流曲线        图3-8：输出低电平/灌电流曲线5．输出高电平/拉电流特性这是芯片工作在灌电流/低电平状态的特性该器件额定电流为2A6．输出低电平/灌电流特性这是芯片工作在拉电流/高电平状态的特性图3-9：占空比/F/B输入电流曲线7．占空比/F/B输入电流特性    这个特性反应了电源反馈电流和占空比的关系在小电流区，占空比基本不受反馈电流的影响，但在0.5mA以上，二者呈线性关系。

反馈信号越强，占空比越低利用这个特性，可以有效地实现反馈调节过程§3-1-3．芯片工作原理分析一．芯片原理图：M51995A的原理框图如图3-10所示它主要由振荡器、反馈电压检测变换、PWM比较、PWM锁存、过压锁存、欠压锁存、断续工作电路、断续方式和振荡控制电路、驱动输出及内部基准电压等部分组成图3-10：M51995A的原理框图二、芯片应用原理分析：（一）振荡器1．振荡器原理：    振荡电路的等效电路如图22所示CF电压由于恒流源的充放电而呈三角波图3-11：振荡器等效电路Ron：充电电阻，Roff：放电电阻，Cf：计时电容如图3-11，当开关S1闭合时，将对CF进行充电充电电流由Ron控制，调整过程是：当Ron电阻增大时——输入级基极电流减小——造成V1基极电流减小——从而减小V1集电极电流（充电电流）；反之，Ron减小时，CF充电电流增大    当开关S1断开，S2接通电容CF时，CF经V2放电放电电流取决于V2的导通深度，而V2的导通深度决定于其基极电位，基极电位又受对管的集电极控制过程是：当放电电阻Roff增大时——比较晶体管集电极电流减小，电位上升——使得V3基极电流减小——V3集电极电流也随之减小，V3两端压降增大——此时，V2对管集电极电位下降——V2基极电位下降——V2集电极电流，即放电电流减小。

反之，Roff减小时，CF放电电流将增加    图中，V2、V3对管的集电极连接到基极，实际上变成了二极管V4则是V2的对管的有源负载，并和V3共同提供V2基极偏置电流    振荡器开关的S1、S2由内部充放电控制信号来控制2．振荡器相关计算与分析：    在断续方式和振荡器控制电路不工作时，有关数据核算关系为：    占空时间死区时间    实际振荡周期为二者之和    其中，VT-ON≈4.5V，VT-OFF≈3.5V，VOSCH≈4.4V，VOSCL≈2.0V芯片输出脉宽为三角波的上升时间，而输出关断时间（死区时间）则为三角波的下降时间      图3-12：振荡器波形图当发生过流时，断续方式和振荡控制电路开始工作，此时T－off端电压依赖于VF控制端电压，振荡器死区时间将延长占空时间    死区时间 实际振荡周期为二者之和    其中，VT-ON≈4.5V，VOSCH≈4.4V，VOSCL≈2.0V， VVFO≈0.4V    当VVF-VVF0<0，取VVF-VVF0=0；当VVF-VVF0>VOFF=3.5V,取VVF-VVF0=3.5V；在0-3.5V范围内，取实际值所以当UVF>3.5V时振荡器的工作和没有发生过流时一样。

此时的振荡波形，除启动时，三角波从零开始以外，稳态时与图3-12类似下面，给出了振荡频率/CF、占空比/Roff的曲线关系图3-13：振荡频率/CF曲线                 图3-14：占空比/Roff曲线3．VF端的应用方法：图3-15：正激式变换器中VF端的应用通常使VF端电压正比于变换器的输出电压，这样当发生过流而使输出电压变低时，VF也变低，使得Cf放电电流减小，死区时间（放电时间）也相应变长，从而进一步降低占空比    当然，这个VF端反馈电压也可以通过隔离变压器的相关绕组分压后获得二）PWM比较锁存部分图3-16为PWM比较和锁存部分的电路图：图3-16：PWM比较和锁存F/B：电压反馈端，E点OSC应该是振荡电路产生的矩形波，高电平时对应充电，低电平对应放电    从图可以看出，A点电位与F/B波动规律相同，A点电位与振荡三角波比较后锁存，并与从振荡器输出的控制信号逻辑组合后输出各点波形如图3-17所示故B、C、D、E各点的逻辑关系为：    D点在三角波高出A点反馈时为高电平，低于A点时为低电平    B=D·E*，可以得到B点波形    C=B*·E*，从而得到C点输出波形。

图3-17：PWM比较和锁存部分各点波形    从图中可以看出，电源输出越低，反馈电压VF/B越高（IF/B小），C点波形脉冲越宽，该信号经过反向后，送芯片输出开关管基极这样电源输出开关管得到的基极激励信号正好与电源输出构成负反馈关系，实现了对电源输出的调节三）输出电路芯片输出电路应该有优良的灌电流和拉电流能力，以便驱动MOS-FET图腾柱电路恰好满足了这一点，但它的穿透电流比较大这样将引起IC电流的增大，增加芯片损耗，并增加噪声电压该芯片通过改进的图腾柱电路，穿透电流由常规的1A左右降低到了100mA图3-18：输出电路从逻辑关系看，输出电路是在比较和锁存电路的C点输出高电平期间开通（芯片输出高电平，电源开关管导通），从而触发电源电路输出的因此，当电源电压变低时，F/B反馈电压越高（IF/B小），C脉冲越宽，输出时间越长，从而使电源电压回升；反之亦然　　（四）电流限制电路在图3-17中，如果A点波形和三角波的上升沿相交之前电流限制端CLM＋或CLM－的电压超过阈值（＋200mV/－200mV），过流信号将使输出截止并且这个截止状态持续到下一个周期实际上该信号控制的状态在接下来的死区时间里被复位，所以电流限制电路在每个周期都可以起作用，被称为“逐脉冲电流限制”。

实际应用电路为了消除寄生电容引起的噪声电压的影响，需要使用RC组成的低通滤波器，如图3-19所示    具体电流极限电路波形见图3-20图3-19：CLM＋(pin14)/CLM－(pin15)的连接    建议RNF电阻采用范围10-100欧，以保证CLM端合适的输入电流图3-20：电流限制电路波形图（五）断续方式和振荡控制电路当CLM端达到阈值时，电流限制电路将以脉冲形式发出电流限制信号，在Vout输出高电平期间，电流限制锁存电路输出高电平，用于控制下级电路同时，断续方式和振荡控制电路开始工作，即输出高电平图3-21为时序图    另一种情况就是VF端反馈电压低于3VDC时，该电路启动工作    图3-22给出的是非断续时的时序图对照两个图形，可以看出该电路的工作方式图3-21：断续方式和振荡控制电路时序    图3-22：非断续方式下电路各点信号时序（六）断续方式工作电路图3-23：断续方式工作电路图在断续方式和振荡控制电路输出为高电平或VF端电压（间接反映Vout）下降到低于约3V的临界值时，断续方式电路开始工作图3-23为断续方式电路的原理图当VF端电压高于UTHTIME（来自断续方式和振荡控制电路）时，晶体管V导通，CT端电位接近于GND；当VF端电压低于UTHTIME（过载断续情况）时，晶体管V截止，CT将被充放电。

SWA闭合而SWB断开时，CT被120μA的电流充电，SWB闭合而SBA断开时，CT被15μA的电流放电，所以CT端呈三角波只有在CT端电压上升期才会产生输出脉冲CT端的三角波频率要远远低于开关振荡频率这样功率电路中包括次级整流二极管在内的元器件可被有效保护，以防过流引起的过热图3-24：断续方式下，Vcc/Icc特性图图3-24给出的是断续时的Vcc/Icc特性图在断续方式时，由于保护电路的作用，Icc非常小，仅为正常工作的1/10左右    图3-25是CT端在断续工作时的波形图    断续方式不用时，CT接地图3-25：CT端断续时的波形图（七）电压检测电路DET端可被用。