有源嵌位PWM控制器LM5025原理及应用
4．5 过流保护
LM5025有两种过流保护。一种是CS1的采样电压大于0.25V时，逐脉冲限流模式。一种是CS2的采样电压大于0.25V时，控制器进行打嗝式限流保护。此时控制器关断输出，先对软启动电容放电并将软启动电流源降到1uA，软启动电容完全放电后，再由1uA的电流源缓慢充电。当SS端电压接近1V时，PWM比较器在OUT_A产生第一个脉冲，软启动电流源恢复到20uA（如图3所示）。
两种过流保护模式确保变换器在重载情况下可靠工作。如果在重载时想将变换器作为电流源使用，可将电流采样信号输入CS1，CS2接地，通过CS1的逐脉冲限流模式来实现。如果在重载时想将变换器暂时关断，然后再软启动。将电流采样信号输入CS2，CS1接地，通过CS2打嗝式限流模式来实现。如果重载情况一直持续，这种限流方式将不断重复。打嗝式限流模式可以降低变换器的热损耗，而在逐脉冲限流模式下，变换器会有较高的热损耗，适用于短时重载情况。
如果同时需要两种限流模式，短时重载使用CS1逐脉冲限流模式，而持续重载使用CS2的打嗝式限流模式，那么电感电流的斜坡就要足够大，在CS1关断主输出开关之前，斜坡达到CS2的门限。这就要求在电流采样端有一个高的dv/dt，使采样信号在达到CS1门限之前，达到CS2的门限。在CS端滤波器、低阻值电流采样电阻或在超载情况下不饱和的电感，都会使斜坡达不到CS2的门限。
在靠近控制器的每个CS端要接RC滤波器。每个CS输出端内部都有一个MOS管，在每个周期末对电流采样滤波电容放电，以提高动态响应。这两个MOS管在每一个主开关周期时导通50ns，用来削减电流采样信号上升沿尖峰干扰。
LM5025内部CS比较器可以响应瞬时噪声脉冲，对电流采样滤波器和采样电阻的布局有严格要求。CS滤波器的电容必须靠近芯片并直接连在芯片的CS和GND端。如果使用电流互感器进行电流检测，互感器次极的两端都要接滤波器，滤波器应靠近芯片。如果在主开关MOSFET的源极接采样电阻进行电流采样，该电阻要求是一个低感抗的电阻。所有对噪声敏感的信号地都应在芯片GND附近连接在一起，信号地与功率地（采样电阻的地）单点连接。
4．6 振荡器同步
LM5025 振荡器频率（F）由一个外接在RT和GND之间的电阻设定。
RT电阻应靠近芯片并直接连在芯片的RT、GND端。LM5025的内部振荡器可和较低或较高频率的外部时钟同步。较低的外部时钟的频率可低至内部振荡器工作频率的80%，最高外同步频率则没有限制。同步时钟所需最小脉宽为100ns。如不需要同步，SYNC端应接地。若将RT和REF连接，内部振荡器不工作，将同步时钟连接，同步信号直接作为控制器的主时钟。同步信号（在伏秒积限制范围内）可以控制工作频率和最大占空比。最大占空比D是同步信号的（1-D）倍。
4．7 前馈补偿
在VIN和GND端之间外接一个电阻(RFF)和电容(CFF)，产生PWM斜坡信号。RAMP端的斜坡信号随输入电压变化而变化。变化的斜坡提供输入前馈补偿，用以提高电压模式控制的输入瞬态响应。斜坡信号和误差信号通过PWM运算放大器控制主输出的占空比。伏秒积钳位比较器同时监控RAMP端，当斜坡幅值大于2.5V时结束当前周期。在每一个周期末，内部时钟或伏秒积限制比较器先将斜坡信号复位为零。
4．8 热保护
LM5025内置热关断电路，保护芯片不超过最大结温。热保护典型值是165˚C，控制器进入待机状态，输出驱动和输入偏置稳压器都不工作。热滞后25˚C之后，变换器重新软启动。
5 结 语
以LM2025为核心的有缘钳位变换器，具有完善的保护功能、稳定的性能和较低的成本。可广泛应用于各种电源设计中。
LM5025有两种过流保护。一种是CS1的采样电压大于0.25V时，逐脉冲限流模式。一种是CS2的采样电压大于0.25V时，控制器进行打嗝式限流保护。此时控制器关断输出，先对软启动电容放电并将软启动电流源降到1uA，软启动电容完全放电后，再由1uA的电流源缓慢充电。当SS端电压接近1V时，PWM比较器在OUT_A产生第一个脉冲，软启动电流源恢复到20uA（如图3所示）。
两种过流保护模式确保变换器在重载情况下可靠工作。如果在重载时想将变换器作为电流源使用，可将电流采样信号输入CS1，CS2接地，通过CS1的逐脉冲限流模式来实现。如果在重载时想将变换器暂时关断，然后再软启动。将电流采样信号输入CS2，CS1接地，通过CS2打嗝式限流模式来实现。如果重载情况一直持续，这种限流方式将不断重复。打嗝式限流模式可以降低变换器的热损耗，而在逐脉冲限流模式下，变换器会有较高的热损耗，适用于短时重载情况。
如果同时需要两种限流模式，短时重载使用CS1逐脉冲限流模式，而持续重载使用CS2的打嗝式限流模式，那么电感电流的斜坡就要足够大，在CS1关断主输出开关之前，斜坡达到CS2的门限。这就要求在电流采样端有一个高的dv/dt，使采样信号在达到CS1门限之前，达到CS2的门限。在CS端滤波器、低阻值电流采样电阻或在超载情况下不饱和的电感，都会使斜坡达不到CS2的门限。
在靠近控制器的每个CS端要接RC滤波器。每个CS输出端内部都有一个MOS管，在每个周期末对电流采样滤波电容放电，以提高动态响应。这两个MOS管在每一个主开关周期时导通50ns，用来削减电流采样信号上升沿尖峰干扰。
LM5025内部CS比较器可以响应瞬时噪声脉冲，对电流采样滤波器和采样电阻的布局有严格要求。CS滤波器的电容必须靠近芯片并直接连在芯片的CS和GND端。如果使用电流互感器进行电流检测，互感器次极的两端都要接滤波器，滤波器应靠近芯片。如果在主开关MOSFET的源极接采样电阻进行电流采样，该电阻要求是一个低感抗的电阻。所有对噪声敏感的信号地都应在芯片GND附近连接在一起，信号地与功率地（采样电阻的地）单点连接。
4．6 振荡器同步
LM5025 振荡器频率（F）由一个外接在RT和GND之间的电阻设定。
RT电阻应靠近芯片并直接连在芯片的RT、GND端。LM5025的内部振荡器可和较低或较高频率的外部时钟同步。较低的外部时钟的频率可低至内部振荡器工作频率的80%，最高外同步频率则没有限制。同步时钟所需最小脉宽为100ns。如不需要同步，SYNC端应接地。若将RT和REF连接，内部振荡器不工作，将同步时钟连接，同步信号直接作为控制器的主时钟。同步信号（在伏秒积限制范围内）可以控制工作频率和最大占空比。最大占空比D是同步信号的（1-D）倍。
4．7 前馈补偿
在VIN和GND端之间外接一个电阻(RFF)和电容(CFF)，产生PWM斜坡信号。RAMP端的斜坡信号随输入电压变化而变化。变化的斜坡提供输入前馈补偿，用以提高电压模式控制的输入瞬态响应。斜坡信号和误差信号通过PWM运算放大器控制主输出的占空比。伏秒积钳位比较器同时监控RAMP端，当斜坡幅值大于2.5V时结束当前周期。在每一个周期末，内部时钟或伏秒积限制比较器先将斜坡信号复位为零。
4．8 热保护
LM5025内置热关断电路，保护芯片不超过最大结温。热保护典型值是165˚C，控制器进入待机状态，输出驱动和输入偏置稳压器都不工作。热滞后25˚C之后，变换器重新软启动。
5 结 语
以LM2025为核心的有缘钳位变换器，具有完善的保护功能、稳定的性能和较低的成本。可广泛应用于各种电源设计中。
关键词： 有源钳位PWM控制器 电压模式
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