AP384XC系列PWM控制器的設計考慮
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Ⅰ.主要特點(diǎn)簡(jiǎn)介
384X系列電流型PWM控制器已廣泛應用于開(kāi)關(guān)電源設計中。許多半導體廠(chǎng)商都生產(chǎn)此標準電源管理控制芯片。表一列出了BCD和三個(gè)主要競爭對手產(chǎn)品的關(guān)鍵參數對比。
與競爭對手的產(chǎn)品相比，BCD的AP384XC具有如下特點(diǎn)：
1.低啟動(dòng)電流
2.低工作電流
3.內部過(guò)溫保護功能
這些特點(diǎn)不僅能夠提供更加可靠的過(guò)溫保護，而且能降低開(kāi)關(guān)電源在空載待機時(shí)的功耗。
同時(shí)，由于啟動(dòng)電流小，AP384XC的啟動(dòng)電路參數應當和競爭對手產(chǎn)品稍有不同。在某些應用中，一個(gè)簡(jiǎn)單的直接替代可能會(huì )產(chǎn)生問(wèn)題，尤其是在短路工作模式中。
在其它部分的性能參數上，例如內部運放，參考電壓，PWM部分，驅動(dòng)能力，欠壓保護以及啟動(dòng)關(guān)斷時(shí)序，AP384XC和競爭對手產(chǎn)品幾乎沒(méi)有任何差異，不會(huì )對系統應用產(chǎn)生影響。
Ⅱ.短路工作情況的分析
對于384X系列產(chǎn)品，通常有如下幾個(gè)方法實(shí)現短路保護功能：抬高Isense腳的電位和下拉COMP腳，切斷振蕩器，通過(guò)外部信號關(guān)斷芯片電源Vcc以及通過(guò)打嗝工作方式。除最后一種，其它四種方法分別顯示在圖一中的a，b，c和d。在以上四種短路保護方法的實(shí)現上，BCD的AP384XC和競爭對手產(chǎn)品無(wú)任何差異。
圖一常用短路保護實(shí)現方法
打嗝方式是一種性?xún)r(jià)比很高的過(guò)流及短路保護解決方案，被廣泛應用于對短路要求不是非常精確和嚴格的場(chǎng)合。圖二給出了此種短路保護方案的典型的實(shí)現方法。從圖三則可以了解其具體工作模式。
圖三，打嗝保護工作模式
在此典型應用中，芯片通過(guò)一個(gè)大阻值的啟動(dòng)電阻與整流后的高壓端相連以獲得足夠的啟動(dòng)電流。在啟動(dòng)后則由來(lái)自主變壓器的輔助繞組供電。
當輸出端子短接，由于輔助繞組和輸出繞組的磁耦合，輔助繞組上的電壓也會(huì )隨之快速下跌。如果忽略漏感的影響，此時(shí)AP384XC僅由Vcc電容C1供電且其電壓一定會(huì )逐漸降低。一旦Vcc降到芯片最小工作電壓，芯片將停止工作，無(wú)PWM輸出。然后，C1將再次通過(guò)啟動(dòng)電阻由整流輸入電壓充電，直到達到芯片開(kāi)啟電壓。此兩種模式連續交替重復。
在此種輸出短路保護模式中，芯片PWM輸出工作時(shí)的瞬時(shí)功率要遠大于正常工作時(shí)。但系統消耗的平均功率由于打嗝工作模式而得到限制。然而，因為和競爭對手產(chǎn)品比，AP384XC具有低啟動(dòng)電流從而需要比較大的啟動(dòng)電阻值，作簡(jiǎn)單的完全替換時(shí)也許會(huì )對系統應用造成不必要的風(fēng)險。
參考圖二和圖三，因為無(wú)論是在工作模式還是在關(guān)斷模式，AP384XC比競爭對手消耗更少的電流，很容易可以得到以下結論：直接替換對手產(chǎn)品將會(huì )增加Tfall時(shí)間和減少Trise時(shí)間，從而增加平均輸入功耗。
Ⅲ.AP384XC的設計注意事項
所以在采用打嗝方式實(shí)現短路保護的系統應用中，應當對啟動(dòng)電路部分參數作稍許的調整。
對于通用交流寬輸入電壓情況下，如果圖二中的C1選取22uF,啟動(dòng)電阻Rst建議選用680k到1M，則可以獲得安全可靠的短路保護功能，且能滿(mǎn)足全電壓范圍對啟動(dòng)時(shí)間的需求。而競爭對手的UC3843在此條件下的Rst典型值為270k。
圖四給出了AP384XC在短路模式下的工作波形。從此圖可以看出在可靠打嗝工作模式下，輸入平均功率很容易被限制到可以接受的水平。
圖四，實(shí)測短路模式下的工作波形
如果還需要進(jìn)一步降低短路模式下的輸入功耗，使用輔助繞組上的串聯(lián)電阻R1可以縮短Tfall從而提高短路性能。R1增大有助于限制短路功耗，但也會(huì )增加正常工作時(shí)的損耗。通常0~100歐姆是比較合適的。
對于圖二中的D1，反向恢復時(shí)間長(cháng)的二極管會(huì )更易于降低短路功耗，因為其慢開(kāi)關(guān)特性更利于消耗掉C1上的能量。也就是說(shuō)，FR102比IN4148在降低短路功耗上要好。
但是，在某些應用中，AP384XC由來(lái)自獨立電源的繞組供電且沒(méi)有使用啟動(dòng)電阻。此時(shí)短路保護是通過(guò)切斷AP384XC的Vcc供電來(lái)實(shí)現，而非打嗝方式。圖五中典型ATX12V臺式計算機電源就是采用此種短路保護方式。
在這種應用中，AP384XC的低啟動(dòng)電流對系統的性能無(wú)任何影響。即此時(shí)簡(jiǎn)單的替代其他對手產(chǎn)品是完全可行的。
圖五，采用輔助電源的開(kāi)關(guān)電源系統
Ⅳ.結論
從以上分析可以得出，AP384XC是具有高性能的電流型PWM控制器。只要設計得當，它可以滿(mǎn)足所有通用開(kāi)關(guān)電源應用需求。
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