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SD8530AS內置高壓三極管的原邊控制開關電源控制器

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文章出處:驪微電子責任編輯:電源管理芯片人氣:-發表時間:2018-12-17 09:56
  SD8530AS是離線式開關電源集成電路,內置線損補償和峰值電流補償的高端開關電源控制器。通過檢測變壓器原級線圈的峰值電流和輔助線圈的反饋電壓,控制系統的輸出電壓和電流,達到輸出恒壓或者恒流的目的。
  
  完整的工作周期分為峰值電流檢測和反饋電壓檢測:  
  當三極管導通,通過采樣電阻檢測原級線圈的電流,此時FB端電壓為負,輸出電容對負載供電,輸出電壓VO下降;當原級線圈的電流到達峰值時,三極管關斷,FB端電壓檢測開始。存儲在次級線圈的能量對輸出電容充電,輸出電壓VO上升,并對負載供電。當同時滿足恒壓、恒流環路控制的開啟條件后,三極管才開啟。隨之,芯片再次進入峰值電流檢測。
  
  1. 電路啟動和欠壓鎖定  
  系統上電,電路由高壓直流母線通過啟動電阻對 VCC 管腳外置的電容充電。當 VCC 上升到 14.5V,電路開始工作;在電路正常工作過程中,由啟動電阻和輔助線圈共同供電來維持 VCC 電壓;當 VCC 下降到 6.0V 進入欠壓鎖定狀態,啟動電阻對 VCC 電容供電,VCC 上升到 14.5V,電路啟動重新工作。
  
  2. 峰值電流檢測  
  當驅動高電平提供基極驅動電流,三極管導通,通過采樣電阻檢測呈線性增大的原級線圈的電流,當達到設定的電流限制值即峰值電流,三極管關斷。  
  在三極管導通時會產生一個瞬間的毛刺,如果該毛刺的幅度超過峰值電流閾值 VPK,即會導致驅動關斷。因此設置前沿消隱時間 TLEB=0.6µs,消除由該毛刺帶來的可能的誤觸發。  
  根據開關續流占空比 Ds 來檢測系統負載,隨著系統負載逐漸增大至 Ds 超過 38%時,系統進入重載,峰值電流閾值 VPK1=0.5V;當系統負載從重載逐漸降低至 Ds 小于 19%時,峰值電流閾值 VPK2=0.33V。
  
  3. 峰值電流補償  
  由關斷延遲時間導致實際檢測到的峰值電流值,隨著輸入交流電壓的增大而增大,而峰值電流值直接反映輸出電流,因此造成輸出電流隨輸入交流電壓的線性調整率會比較差。  
  SD8530AS 利用反饋電壓 FB 管腳的負電平來檢測交流輸入電壓,根據檢測到的負電壓產生一個恒流源,疊加到峰值電流檢測 ISEN 端,使不同輸入電壓下的峰值電流基本保持不變,改善輸出電流的調整率。
  
  4. 反饋電壓檢測  
  當三極管關斷,反饋電壓為正,在 FB 為正的 1/2 時間點進行采樣,采樣得到的電壓經過與恒壓閾值 VCV的比較、放大、保持,產生恒壓環路的關斷時間 TOFF,從而實現輸出的恒壓。  
  同時電路對 FB 為正、為負或衰減振蕩的時間進行計算,FB 為正的時間為 TOFF1 表示變壓器的次級線圈有電流,FB為負的時間為 TON、FB 衰減振蕩的時間為 TOFF2,在這兩個時間內變壓器的次級線圈沒有電流。該開關電源的占空比:
 
 
 
  輸出電流即變壓器次級線圈的平均電流: 
 

 
  ISP為次級線圈的峰值電流,IPK為原級線圈的峰值電流,n 為原次級線圈的匝比。  
  因此,在峰值電流恒定的條件下,當 DS=DSmax=0.50(該占空比由電路內部設定),電路進入恒流環路控制模式,實現輸出電流的恒定。
  
  5. 線損補償  
  在實際的應用設計中,輸出電壓在電纜線上會有不同程度的壓降 VCAB。  
  考慮到不同輸出電流下的 VD 基本不變,該因素忽略而著重考慮與輸出電流呈正比的 VCAB。因此為了提高輸出電壓的負載調整率,需對恒壓閾值 VCV進行一定的補償。  
  根據輸出電流計算公式,在峰值電流恒定的條件下,占空比 DS即表示輸出電流的負載情況。
  
  因此線損補償后的恒壓閾值:
  
  K 為線損補償系數,不同補償系數的電路適用于不同的電纜線。例如 SD8530AS,線損補償系數為 6%,因此空載恒壓閾值為 4.0V,補償后滿載的恒壓閾值為 4.24V。
  
  6. FB 過壓保護  
  當 FB 管腳電壓超過過壓保護電壓 VOVP=6.6V 時,輸出關斷。該狀態直到 VCC 降到關斷電壓以下電路重新啟動。
 
  
  7. 短路保護  
  當系統處于續流狀態,FB 管腳電壓小于典型值 1.0V 以及 Ds 超過 46%時,系統檢測到輸出短路。此狀態如果 8 個開關周期內保持不變,則電路鎖定,開關關斷,直到 VCC 降到關斷電壓以下電路重新啟動。
  
  8. 過溫保護  
  當電路處于過溫保護狀態,輸出關斷以防止電路由于過熱而導致損壞。過溫保護的溫度點為 155°C,過溫保護的恢復具有遲滯特性以避免過溫保護與正常工作狀態的反復來回變化。遲滯區間為 30°C,即要等電路溫度下降到 125°C,電路才能正常工作。
  
  9. 電路環路開路保護  
  當功率三極管導通時,如果 FB 管腳負電平大于-0.6V,則為環路開路狀態,進入環路開路保護,輸出關斷,電路鎖定,直到 VCC 降到關斷電壓以下電路重新啟動。
  
  10. PFM 調制頻率的設定  
  PFM 調制頻率范圍由固定的導通時間 TON和恒壓環路控制關斷時間所決定。因此當關斷時間最長至 TOFFmax時,電路處于空載狀態,工作頻率最低;當關斷時間最短時,電路處于滿載工作狀態,工作頻率達到最高。
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