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(多图) 满足安全环保需求的小功率集成的AC/DC转换器设计

2008年09月01日 ?? 收藏1

  STARplug是基于不连续方式(DCM)反激式拓扑设计的。有两种反馈方式:

  1.变压器辅助绕组反馈,(此绕组同时用作IC的供电)(见图2)。

  2.变压器次级绕组经光耦反馈(见图3)。

  2. STARplug工作原理(见图1、图2)。

压器辅助绕组反馈

变压器次级绕组经光耦反馈

  交流电源经整流滤波后输出Vdc,经变压器初级加到TEA162X的DRAIN端(第8脚,略称Dr端),经芯片内部的高压电流源(图1),通过Vcc端(第1脚)向电容器C5充电,当C5充电电压Vc5达到并超过VCC启动电压的下限9V时,TEA162X开始工作。

  作为TEA162X的第一项工作就是加电清零(见图1),使片中逻辑电路处于初始状态,MOS功率管处于低电平。变压器初级电感有电流通过,并逐步加大。与此同时,接在RC脚上的电阻R和电容C使振荡器产生振荡。经PWM的比较器和驱动器使MOS功率管由低电平转换到高电平。这时储存在初级电感和磁芯气隙中的能量立即传送到变压器的次级和辅助绕组。辅助绕组感应的交变电压经整流后加到VCC端,当此电压达到VCC启动电压后,则由高压电流源送来的电流将其中断,由Vaux取代,使TEA162X继续工作。一旦Vaux下降到Vcc启动电平之下,或进入停止电平时,则TEA162X停止转换,并重新由整流后的电网电压Vdc启动。

  STARplug是电压控制型的PWM电路,通过调制芯片内部功率MOS管的导通时间,来控制通过变压器初级峰值电流,从而使输出电压稳定。

  为了说明STARplug稳压机理,将TEA162X系列实用电路中的有关部份描述成图4、5。由图不难看出,PWM比较器的两个输入,一个是RC端(第3脚)并接的电阻Ross和电容Cosc,用来设定电路的开关频率。另一个是Reg端(第4脚)连接的外部电压,反映的是输出负载的变化。加在Reg端的电压与芯片内部电压源(2.5V)之差,再乘以10倍,即为加到PWM端上的信号电压Vreg-intern。Vreg-intern与VRC在PWM比较器上进行比较,如果VRC比Vreg-intern低,则PWM输出为“1”电平,功率MOS管截止。如果Vreg-intern越高,则MOS管导通时间越短,MOS管转换的功率越小。反之,如果Vreg-intern越低,则MOS管导通时间越长,转换的功率越大。(见图5)

TEA162X系列实用电路

点击看原图

TEA162X系列实用电路

  3. 电路保护功能

  为阐明电路的保护功能,我们将芯片内外有关部分单独画成图6。Source是STARplug的第6条引脚,外接一电阻Rsrc到地,其阻值则根据过流保护的阈值来定。

STARplug保护电路图

图6:STARplug保护电路图。

  由图6显而易见功率MOS管导通时流过的电流经电阻Rsrc转换成电压,加到芯片内部的两个比较器的同相输入端,使STARplug分别实现过流保护和输出短路保护。

  过流保护

  当负载加大或其他原因使Source腿上单个周期测出的瞬时电压大于芯片内部的电压源0.5V时。则比较器的输出将使功率MOS管关断,从而切断了大电流的运作,对功率MOS管起到了保护作用。

  为了防止检测出虚假的过流信号,对比较器加上了一个禁止端。当过流信号超过350ns时,比较器才动作。

  输出短路保护

  由于某种原因,使输出短路或绕组短路,引起Source腿上的电压快速上升,以至超过0.75V,则另一个比较器将使转换停止,MOS管关断,阻止电流继续加大。同样该比较器也采取了相同的防止虚假信号的措施。

  STARplug还提供精确的过温保护。当结温超过热关断温度(典型值为160℃)时,电路将停止工作,供电电流降到启动电流之下。一旦结温降到关断值之下时,电路将会恢复工作。

  退磁检测

  STARplug始终是工作在不连续导通方式(DCM)。

  由图7可见,变压器的辅助绕组通过一个电阻接到电路的Aux腿,芯片内部有两个反向并连的二极管,对输入电压进行箝位。只要次级二极管是导通的,则辅助绕组的电压就是正的,就有电流注入Aux端,并被二极管箝位。只要Aux端的电压大于100mV,则振荡器停止工作,MOS管就不能开关。

  在消磁时间tsuppr(典型为15us)内,确认剩磁已消除。这个功能对于输出电压较低,以及变压器漏感较大的场合特别有用。

STARplug退磁检测

点击看原图

图7:STARplug退磁检测。

  过压保护

  在芯片的框图中,虽然没有为过压保护设计专门的通道,但这个功能是存在的。在实际应用过程中,一旦产生过电压,则必然将REG端的工作电平上拉,从而使初级绕组的工作行程立即终止。只有当过压消除,REG端电压恢复到正常值,功率MOS管才能正常开关。


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