新穎電壓型有源箝位正激控制IC-LM5027

摘要：文中詳細介紹了電壓型有源箝位正激控制IC-LM5027的特點(diǎn)、引腳功能、工作原理及應用電路。LM5027包含了很多新技術(shù)特色，除基本的有源箝位正激電路的常規功能之外，還增加了三個(gè)輸出信號之間的埋單延遲調節，從而能更好地實(shí)現低EMI和高效率的功率變換。
關(guān)鍵詞：LM5027；脈寬調制；電壓前饋；打呃

LM5027脈寬調制器的主要特點(diǎn)有：電壓型控制，加入電壓前饋功能；內部105V的高壓?jiǎn)?dòng)源；可調節的欠壓關(guān)鎖；兩種模式的過(guò)流保護方法；可調節的伏秒積限制；可調節的軟起動(dòng)時(shí)間；可調節的同步整流器驅動(dòng)的起動(dòng)和停止；精準的0．5V過(guò)流比較器；電流檢測功能加入前沿消隱；可調的兩輸出之間的延遲時(shí)間，以達到ZVS開(kāi)關(guān)。
LM5027的基本應用電路如圖1所示。

1 引腳功能介紹
LM5027的20個(gè)引腳功能如下：
1 PIN VIN：高壓起動(dòng)源輸入，輸入工作電壓范圍為13～90V，最大耐壓為105V，LM5007也可以從VCC直接給外偏置源。
2 PIN RAMP：電壓前饋調制端，外部從VIN接一RC電路，設置PWM斜波斜率，在每個(gè)周期結束時(shí)放電，如果此端電壓超過(guò)2．5V，即限制最大伏秒積到變壓器初級。
3 PIN TIME3：延遲調節，外部接一個(gè)電阻，設置主箝位輸出的重迭延遲，RTIME3電阻接于此端到AGND，設置OUTA關(guān)斷到OUTB開(kāi)啟的脈沖延遲。
4 PIN TIME2：延遲調節2，外部接一支電阻設置OUTSR輸出的重迭延遲，RTIME2接于此端到AGND，設置OUTA關(guān)斷到OUTSR開(kāi)啟的脈沖延遲。
5 PIN TIME1：延遲調節1，外部接一支電阻設置箝位輸出的重迭延遲，RTME1電阻接于此端到AGND，設置OUTB和OUTSR關(guān)斷到OUTA開(kāi)啟之間的重迭延遲。
6 PIN AGND：IC的模擬地，直接接到PGND。
7 PIN RT：振蕩頻率設置及外同步輸入，通常內部放大器偏置在2V處，外部接一電阻到AGND，設置振蕩頻率，外部送入高于內部振蕩器頻率時(shí)即同步到外部頻率。
8 PIN COMP：接到脈沖寬度調制器處，外部反饋光耦，直接接在此端，經(jīng)內部NPN電流鏡源入電流，PWM占空比在零輸入電流時(shí)最大，在1mA電流送入時(shí)占空比為0，電流鏡可以改善頻率響應．它減少了光耦中光電三極管的AC電壓。
9 PIN REF：輸出5V的基準電壓源，最大可供出10mA電流，外接0．1μF電容旁路去耦。
10 PIN OUTB：輸出驅動(dòng)器，外部驅動(dòng)箝位MOSFET(P型)的柵，源出漏入電流能力為1A。
11 PIN OUTA：輸出驅動(dòng)器，外部驅動(dòng)功率MOSFET (N型)的柵，源出漏入能力為2A。
12 PIN OUTSR：控制二次惻同步整流的MOSFET的柵，源出漏入電流能力為3A。
13 PIN VCC：IC起動(dòng)穩壓器的輸出，即內部高壓起動(dòng)源的輸出，起動(dòng)時(shí)為9．5V，正常運行時(shí)為7．5V，如果外接輔助繞組整流的電壓要略高于此電壓，此時(shí)內部高壓起動(dòng)源將關(guān)閉，以減小IC功耗。
15 PIN CS：電流檢測輸入端，在IC內作逐個(gè)周期式限流，如果CS端電壓超過(guò)500mV，IC輸出驅動(dòng)將終止，進(jìn)入逐個(gè)周期式限流模式，在CS端電壓降下后100ns主輸出OUTA開(kāi)關(guān)變?yōu)楦唠娖?，消隱前沿。
16 PIN SS：軟起動(dòng)輸入，內部一個(gè)20μA電流源給此端外部軟啟動(dòng)電容充電，設置軟啟動(dòng)速率。
17 PIN RES：重新啟動(dòng)時(shí)段。如果逐個(gè)周期式限流電平在任何一個(gè)周期中達到，一個(gè)22μA電流源流進(jìn)RES電容，如果RES電容電壓充電到1.0V，就開(kāi)始打嗝模式，SS和SSSR電容即放電，控制器輸出終止RES電容上的電壓在4V和2V之間抖動(dòng)八次，第八次之后SS端電容被釋放，開(kāi)始正常的啟動(dòng)順序。
18 PIN SSSR：同步整流器輸出的軟起動(dòng)。一支外部電容和內部25μA電流源來(lái)設置同步整流器輸出(OUTSR)的軟起動(dòng)斜波。
19 PIN OTP：過(guò)熱保護。OTP比較器用于過(guò)熱關(guān)斷保護，外部接一個(gè)NTC熱敏電阻分壓器來(lái)設置關(guān)斷溫度。OTP比較器閾值為1．25V。窗口當OTP端電壓超出閾值時(shí)，由內部電流源20μA流入外部電阻分壓器。
20 PIN UVLO：路線(xiàn)欠壓鎖定，外部從VIN處接一個(gè)電阻分壓器來(lái)設置關(guān)斷點(diǎn)及待機比較器的電平，VCC和REF兩個(gè)穩壓器在UVLO達到0．4V時(shí)關(guān)斷，而UVLO為2V時(shí)，SS端被釋放，器件重新工作。窗口由內部電流源(20μA)和外部分壓器電阻設置。
2 內部結構及功能
2．1 高壓起動(dòng)源
LM5027 IC內部有一個(gè)高壓起動(dòng)穩壓器。它的VIN端可以直接接到線(xiàn)路輸入電壓(100V)穩壓器輸出電流限制在55mA，當UVLO端電壓超過(guò)0.4V時(shí)。VCC穩壓器使能，接到VCC外部的電容充電，VCC穩壓器再提供能量給電壓基準REF及三個(gè)柵驅動(dòng)輸出。當VCC電壓達到9.5V時(shí)?？刂破鞯妮敵鍪鼓?，內部基準達到5V穩壓點(diǎn)。UVLO端電壓大于2V。OTP電壓大于1.25V，輸出驅動(dòng)進(jìn)入正常運轉，除非UVLO低于2V。OTP端降到1.25V以下。VCC電容值取決于系統設計和啟動(dòng)特性，標準值為0．1～100μF。在典型應用中變壓器輔助繞組必須能經(jīng)過(guò)二極管到VCC的電壓達到2．5～7．5V。經(jīng)過(guò)輔助繞組供電可以改善效率，減少控制IC的功耗。此時(shí)高壓起動(dòng)源關(guān)斷，如果直接使用外部供電源可以將VIN和VCC接在一起。
2．2 線(xiàn)路欠壓檢測器
LM5027有兩個(gè)電平檢測的UVLO電路。當UVLO大于0．4．V，但還低于2V時(shí)，控制器處于待機模式。此時(shí)VCC和REF兩個(gè)穩壓器激活，但控制器的輸出還被禁止。這個(gè)特點(diǎn)使LM5007用于遙控功能。令UVLO低于2V時(shí)，LM5027進(jìn)入軟關(guān)斷程序。0．4V的關(guān)斷比較器有100mV的窗口。當VCC和REF輸出超過(guò)其給定的欠壓閾值。UVLO端電壓也大于2V。OTP端電壓大于1．25V時(shí)，控制器輸出使能。進(jìn)入正常工作。外部電阻分壓器從VIN接到GND，可以用來(lái)設定最小工作電壓。此時(shí)的UVLO必須大于2．0V。如果此值滿(mǎn)足，則三個(gè)輸出都被禁止。UVL0的窗口由內部20μA電流源決定。
2．3 逐個(gè)周期式限流
CS端由變壓器初級電流的代表信號驅動(dòng)。如果CS端電壓超過(guò)0．5V。電流檢測比較器就會(huì )終止三個(gè)輸出驅動(dòng)脈沖。占空比取決于該比較器，替代了PWM比較器用一個(gè)小RC濾波器接到CS端以抑制噪聲。內部5Ω的MOSFET在每個(gè)周期結束時(shí)，會(huì )放掉CS外部電容上的電荷。在OUTA驅動(dòng)器開(kāi)關(guān)為高電平的30ns之前。放電MOSFET的內部處于導通狀態(tài)。以消隱電流檢測電路的前沿瞬態(tài)。在每個(gè)周期中，CS端放電，消隱前沿尖峰可以減小對濾波的需要，并改善電流檢測的響應時(shí)間。電流檢測比較器動(dòng)作非?？?。并在噪聲脈沖期間迅速響應。
2．4 重新起動(dòng)時(shí)間延遲(打嗝模式)
LM5027提供一個(gè)限流重新起動(dòng)時(shí)段去禁止輸出。并強制其延遲重新起動(dòng)，如果重復檢測到了限流條件，將有數個(gè)逐個(gè)周期式限限流動(dòng)作，此時(shí)去觸發(fā)重新起動(dòng)，其采用在RES端放一個(gè)電容來(lái)實(shí)現，在每個(gè)PWM周期內，LM5027從RES端或者源出或者漏入電流，如果沒(méi)有限流條件檢出。漏入5μA電流將RES端電平拉到GND。如果檢出限流條件，則禁止此5μA漏入電流，而是源出22μA電流使RES端電壓大幅增加。如果RES端電壓達到1V閾值，就出現下面的重新起動(dòng)過(guò)程：
◇SS和SSSR電容全部放電。
◇RES 20μA電流源關(guān)斷，5μA電流源開(kāi)啟。
◇RES端電壓允許充到4V。
◇當RES端電壓達到4V時(shí)，5μA電流源關(guān)斷，5μA電流漏開(kāi)啟。RES端電容電壓下降到2V。
◇RES電容電壓在2V和4V之間往返八次。
◇當次數到八次時(shí)，RES端電壓拉下，軟起動(dòng)電容被釋放，開(kāi)始軟起動(dòng)程序。SS電容電壓慢慢增加，當SS端電壓達到1V時(shí)，PWM比較器將產(chǎn)生第一個(gè)窄脈沖在OUTA處。
◇當SS端電壓達到4．0V時(shí)，SSSR端被釋放，以25μA電流源充電。同步整流器軟起動(dòng)進(jìn)入運轉期。
◇如果過(guò)載條件在重新起動(dòng)后仍存在。逐個(gè)周期式限流又將開(kāi)始，并增加RES端的電容電壓，重新進(jìn)入打嗝模式。
◇如果過(guò)載條件在重新起動(dòng)后，沒(méi)有延長(cháng)，則RES端將幫助以5μA電流漏放電到GND，恢復正常工作。