满足安全环保需求的小功率集成的AC/DC转换器设计

时间:2012-07-23来源:网络

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)

满足安全环保需求的小功率集成的AC/DC转换器设计

满足安全环保需求的小功率集成的AC/DC转换器设计

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

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。

STARplug的应用

前已述及,STARplug有两种反馈方式,这两种方式就构成了STARplug作为反激式AC/DC转换器的两种典型应用电路。

图2是最简单最基本的应用电路,其特征就是由变压器的辅助绕组来反馈电网和负载的变化。

由图2可见,由整流桥和滤波器组成了电路的输入部分,并通过变压器初级绕组加到TEA162x的Drn端。显然,TEA162x是整个转换器的心脏,以下围绕TEA162x分析一下图2的各部分电路。

1. 由C3R2组成振荡电路。

振荡电路元件的值是根据工作频率来确定的,STARplug的开关频率可在10kHZ到200kHZ之间工作,通常工作频率大都选在40~100kHZ之间。

频率选定了,则可按下式来计算元件值:

振荡器的充电时间tcharge,由STARplug的参数表中查出为1us。

至于RC的取值,可先选定C,然后再算R值,要保持电路的稳定,电容C必须大于220pF,但从效率方面来考虑,频率高时亦不宜将电容选得太大,例如200kHZ时,C取10nF,则振荡器的功耗达到12.5mW,这显然是不可取的。

推荐实例:开关频率取100kHZ,这时振荡器的时间常数为2.7us,C取330pF,R=7.5kΩ。

2. 过流保护和绕组短路保护电阻R3:

电阻R3设置了变压器初级峰值电流,也设定了最大传输的输出功率,电阻R3的值可用下式计算:

由STAR plug的手册可得知:

实例:一个3W的电源,开关频率为100kHZ,效率为75%,通过变压器的峰值电流为230mA(反射电压),则电阻R3设定为2Ω,限定峰值电流为250mA。

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