電流模式PWM控制器滿(mǎn)足綠色電源設計需求

隨著(zhù)市場(chǎng)發(fā)展以及人們對環(huán)境問(wèn)題的廣泛關(guān)注，低成本、低待機功耗和高效率的電源IC越來(lái)越受到歡迎。降低系統待機功耗、提高系統轉換效率成為綠色電源IC的發(fā)展方向。今天的電源應用日益廣泛，而且大部分情況下，電源是處于待機狀態(tài)，雖然單個(gè)電源在待機狀態(tài)下消耗的功率比較小，但整個(gè)市場(chǎng)龐大的用量累加起來(lái)導致消耗的總功率相當大，占到整個(gè)電源總功耗的15%甚至更多。經(jīng)過(guò)近幾年電源IC技術(shù)的快速發(fā)展，目前市場(chǎng)上大部分產(chǎn)品都能滿(mǎn)足能源之星EPS2.0所規定的待機功耗300mW的要求。如今，超低待機功耗技術(shù)開(kāi)始流行起來(lái)，在30W以下電源中待機功耗最小可達到30mW，未來(lái)可望更低。

在激烈的市場(chǎng)競爭環(huán)境下，西安芯派整合技術(shù)優(yōu)勢并加強研發(fā)管理，不斷完善高性能綠色電源芯片產(chǎn)品線(xiàn)。在現有SW265X系列、SW253G和SW2263等基礎上，最新推出SW2273、SW2801（QR模式）和SW2306（QR模式）等系列高效率、超低待機功耗綠色電源芯片。為滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，芯派有針對性的推出了一款高性能、低成本、電流模式PWM控制器——SW2604，該芯片外圍線(xiàn)路簡(jiǎn)單，系統設計靈活；其待機功耗小于200mW,適用于適配器、機頂盒電源、小家電和LED照明領(lǐng)域。本文將重點(diǎn)介紹SW2604的技術(shù)特點(diǎn)與應用設計注意事項。


圖1：SW2604內部電路參考框圖

SW2604的技術(shù)特點(diǎn)

SW2604內部電路參考框圖如圖1所示。該電源控制器可工作在典型的反激電路拓撲中，構成簡(jiǎn)潔的AC/DC轉換器；在85~265V的寬電壓范圍內可提供高達12W的連續輸出功率；借助優(yōu)化的電路設計并結合高性?xún)r(jià)比雙極型制造工藝，最大程度節約了產(chǎn)品的整體成本。SW2604內部電路如圖1所示。芯片內部啟動(dòng)電路被設計成一種獨特的電流吸入方式，可利用功率開(kāi)關(guān)管的本身放大作用完成啟動(dòng)（開(kāi)關(guān)管Ic對Ib的放大），從而顯著(zhù)降低了啟動(dòng)電阻的功率消耗。在輸出功率較小時(shí)，Ic將自動(dòng)降低工作頻率，從而實(shí)現了極低的待機功耗；在功率管截止時(shí)，內部電路將功率管反向偏置，直接利用雙極型晶體管的CB高耐壓特性，大幅提高功率管的耐電壓能力直到700V高壓，這保證了功率管的安全；芯片內部還提供了完善的防過(guò)載、防飽和功能，可實(shí)時(shí)防范過(guò)載、變壓器飽和、輸出短路等異常狀況，提高了電源可靠性。SW2604主要特點(diǎn)如下：

A 工作頻率可調

SW2604的工作頻率由外部CT電容可調。芯片內部電流源對CT電容進(jìn)行100μA恒流充電形成時(shí)鐘上升沿，在充電電壓至2.5V時(shí)，內部電路將以1.9mA的下拉電流對CT放電，形成時(shí)鐘下降沿，完成一個(gè)時(shí)鐘周期。對于雙極性功率開(kāi)關(guān)而言，需要考慮存儲時(shí)間對開(kāi)關(guān)損耗的影響，開(kāi)關(guān)頻率通常設置在70KHz以下。

B 過(guò)溫度保護功能

SW2604芯片內部集成了精確的過(guò)溫保護功能。在芯片內部溫度達到140℃，熱保護電路動(dòng)作，將時(shí)鐘信號下拉，使開(kāi)關(guān)頻率降低，降低功耗。開(kāi)關(guān)頻率隨溫度的升高而降低，直至振蕩器關(guān)閉。如圖2所示。


圖2：SW2604芯片內部集成了精確的過(guò)溫保護功能。

C 獨特的功率管驅動(dòng)特性與高耐壓偏置技術(shù)

SW2604內部集成功率管采用斜坡電流驅動(dòng)，驅動(dòng)電流隨輸出功率增加而增加，在FB=0時(shí)，OB電流約為40mA,在FB=6V時(shí)，OB電流約為120mA,小輸出時(shí)的驅動(dòng)功耗得到顯著(zhù)降低。芯片內部集成了獨特的偏置技術(shù)，在功率管關(guān)斷時(shí)，OE輸出到約1.5V，反向偏置發(fā)射結，加速I(mǎi)c電流的下降速度，擴展了有效的安全工作區，開(kāi)關(guān)管承受反向的CB電壓，使開(kāi)關(guān)管達到700V的電壓承受能力。

D 過(guò)壓與欠壓保護功能

SW2604芯片具有帶遲滯的欠電壓保護功能。在VCC電壓達到8.8V時(shí)IC開(kāi)始啟動(dòng)，這個(gè)初始的啟動(dòng)電壓由驅動(dòng)電阻提供，輸入的高電壓通過(guò)驅動(dòng)電阻注入開(kāi)關(guān)管的基極，放大的Ic電流在IC內部經(jīng)過(guò)限制電路對VCC電容充電，從而形成驅動(dòng)電壓，在IC正常工作時(shí)應保持VCC電壓在4.8-9V之間（包括滿(mǎn)載情況），若VCC電壓下降到4.4V時(shí)，則振蕩器進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)；VCC進(jìn)一步降低到3.8V，IC即開(kāi)始重新啟動(dòng)。

芯片內部VCC具有一個(gè)上限電壓比較器控制，若VCC試圖大于9.6V，則比較器動(dòng)作，FB將被下拉，鎖定VCC至9.6V，達到過(guò)電壓的限制功能。利用此功能可以方便地實(shí)現前端的電壓反饋功能，也可避免輸出開(kāi)環(huán)時(shí)的輸出電壓大幅度升高現象，保證負載安全。

E 最大開(kāi)關(guān)電流限制功能

SW2604具有逐周期電流限制功能。每個(gè)開(kāi)關(guān)周期均對開(kāi)關(guān)電流進(jìn)行檢測，達到FB設定的防上限電流時(shí)即進(jìn)入關(guān)周期，電流的檢測具有實(shí)時(shí)前沿消隱功能，屏蔽開(kāi)關(guān)尖峰，避免開(kāi)關(guān)電流的錯誤檢測。合理的溫度檢測消除了溫度的影響，相對常規的MOSFET開(kāi)關(guān)芯片，在一個(gè)較寬的范圍內，開(kāi)關(guān)電流都可以非常精準，這樣就允許設計者在設計方案時(shí)不必留有太大余量即可滿(mǎn)足較大工作范圍，從而提高電路的使用安全性。SW2604的最大開(kāi)關(guān)電流限值為1000mA，可以很容易地實(shí)現大于12W的輸出功率，且滿(mǎn)足寬溫度范圍。


表1：SW2604推薦工作條件

設計注意事項

SW2604是一個(gè)典型集成功率開(kāi)關(guān)的高性能電源IC，外圍電路簡(jiǎn)單，如圖3所示。因為功率開(kāi)關(guān)管集成在芯片內部，開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗產(chǎn)生的熱量會(huì )使芯片發(fā)熱，因此在使用時(shí)需要一定的散熱措施，以避免過(guò)高的溫度導致IC熱保護。一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法就是在PCB布線(xiàn)時(shí)，在IC的PIN7-8腳鋪設一定面積的PCB銅箔，在銅箔上面鍍錫增加散熱能力。在PCB布線(xiàn)時(shí)，應將Pin6與Pin7之間保留1mm以上的安全距離，避免產(chǎn)生放電現象。



圖3：SW2604是典型集成功率開(kāi)關(guān)的高性能電源IC，外圍電路簡(jiǎn)單。

本文小結

SW2604是一款中小功率的高性能電流模式PWM電源控制器，頻率可外部編程，芯片內部集成雙極型三極管作為開(kāi)關(guān)管；同時(shí)利用其放大作用完成啟動(dòng)，并將啟動(dòng)電阻功耗減小10倍以上。SW2604外圍線(xiàn)路簡(jiǎn)單，系統設計靈活；其待機功耗小于200mW,適用于適配器、機頂盒電源、小家電和LED照明領(lǐng)域。此外，西安芯派還推出了一系列高精度恒壓恒流PSR控制器SW2601A、SW2601、SW2602。此系列IC內置高壓MOSFET，頻率抖動(dòng)改善EMI，外圍線(xiàn)路更簡(jiǎn)單。使LED電源體積更小、效率更高、性能更穩定，可滿(mǎn)足20W以下LED電源需求。