用PWM直流/直流控制器簡(jiǎn)化開(kāi)關(guān)電源設計
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盡管 PWM 直流/直流開(kāi)關(guān)電源轉換器的結構很簡(jiǎn)單，但要用它做出實(shí)用的電源，還需要增加各種功能，如起動(dòng)偏壓、軟起動(dòng)、開(kāi)關(guān)驅動(dòng)、穩壓、短路保護、過(guò)壓保護、過(guò)熱保護等。今天，一只小型直流/直流 PWM 控制器 IC 就可以實(shí)現上述的絕大多數功能。
但是，在電信和其它高電壓應用（即，輸入電壓大于 15V）中經(jīng)常存在直流/直流轉換器的起動(dòng)問(wèn)題。控制器的運行需要一個(gè)偏置電壓，以產(chǎn)生柵極驅動(dòng)脈沖和其它所需信號。但在起動(dòng)時(shí)，唯一可用的只有輸入電壓，如果輸入電壓大于 15V，一般情況下不能用作偏置和柵極驅動(dòng)電壓。因此，需要將輸入電壓降至 15V 以下，才能使電源起動(dòng)。一旦電壓正常運行，就可以用輸出電壓或者變壓器、電感繞組中的電壓，為 IC 提供偏置供電。
但是，大多數直流/直流控制器自身不帶起動(dòng)電路，電源設計人員要自己增加獨立的起動(dòng)電路和偏置電壓（圖1a）。這樣雖然使 PWM 控制器具有多功能性，可以用于更寬的輸入電壓范圍，但多出的起動(dòng)電路卻增加了復雜性和電源的體積。
美國國家半導體公司在自己的LM50xx系列8V ~ 100V PWM控制器（包括LM5020、LM5025、LM5030等）中集成了一個(gè)高電壓起動(dòng)電路（圖 1b），從而為設計者解決了這個(gè)問(wèn)題。這一功能的實(shí)現是因為控制器的制造采用了一種100V工藝。
這樣，高輸入電壓可以直接送至控制器的VIN管腳，它是內部線(xiàn)性穩壓器的輸入。該穩壓器產(chǎn)生一個(gè)約 8V 的 VCC 電壓，用于為控制器提供起動(dòng)電源。線(xiàn)性穩壓器的 VCC 電壓可以在外部從 VCC 腳得到，這樣做有幾個(gè)原因。
一個(gè)原因是 VCC 管腳是線(xiàn)性穩壓器中外接輸出電容的連接點(diǎn)，電容用于保持干凈的 VCC 電源。
另一個(gè)原因是 VCC 可以作為電路中其它低壓 IC 的電源，如運放、邏輯器件和柵極驅動(dòng)器等。
VCC管腳也可以用于降低控制器的內部功耗，提高電源效率。LM50xx 控制器可以不定期地運行在輸入電壓和內部產(chǎn)生的VCC電壓下（如圖2a中的反激轉換器）。但這會(huì )增加 IC 內的功耗。功耗計算方法為：
PD = ( VIN - VCC ) IS
其中IS為控制器的供電電流，為控制器靜態(tài)電流之和。IG為與頻率有關(guān)的柵極驅動(dòng)電流，這個(gè)MOSFET電流值以下式給出：
IG = QGSfS
其中，QGS 為 MOSFET 在柵極電壓為 VCC 和 fS開(kāi)關(guān)頻率下的柵極總電荷。
控制器在高輸入電壓、高開(kāi)關(guān)頻率下的 PD 可以非常高，當 IC 驅動(dòng)一個(gè)大 MOSFET 管時(shí)，需要相當大的柵極驅動(dòng)電流。LM50xx 控制器的設計可以避免這種功耗。在所有開(kāi)關(guān)電源中，一旦電源開(kāi)始運行，就很容易從變壓器或電感繞組取得偏置電壓。在 LM50xx 控制器中，這個(gè)電壓（一旦獲得）可以直接加在 VCC 管腳上，為 IC 提供電源，并且可以為系統中其它部件提供電源。在所有 LM50xx 系列控制器中，如果施加的這個(gè)電壓大于內部穩壓器的 8V 輸出，則穩壓器關(guān)斷，消除了上述的功耗問(wèn)題。在正確的偏置電源設計情況下，效率可以提高 1% 以上(圖 2b)。不過(guò)，在輸入電壓較低的小功率系統中，經(jīng)常省掉偏置電壓而從內部線(xiàn)性穩壓器獲得電源。這樣簡(jiǎn)化了電源結構，降低了成本，經(jīng)常用于輸出功率 30W 以下采用 LM50xx 控制器的設計。
如果輸入電壓在8~15V之間，則很容易為L(cháng)M50xx控制器提供電源。VIN和VCC管腳可以簡(jiǎn)單地一起接到輸入電壓上，然后直接為控制器供電（圖2c）。如果電壓超過(guò) 15V，兩個(gè)管腳就不能接到一起，輸入電壓必須高于 12V，控制器才能起動(dòng)。
總之，美國國家半導體有內置起動(dòng)穩壓器的高電壓 PWM 控制器能使設計者獲得很多好處，如降低電路復雜性、減小方案尺寸、降低元件成本和設計時(shí)間，并且增加電路的可靠性。
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