初級側控制IC設計可靠、高效的輔助電源

引言

　　縱觀(guān)電源的發(fā)展歷程，開(kāi)關(guān)電源的復雜性一直是其進(jìn)入相對小產(chǎn)量應用市場(chǎng)的絆腳石。不過(guò)，如今集成初級側控制IC可大大簡(jiǎn)化電源設計。其中，Power Integrations推出的LinkSwitch-CV是新一代初級側控制IC的一個(gè)典范。

　　采用LinkSwitch-CV的設計原理

　　LinkSwitch-CV完全省去了光耦器和所有次級側反饋電路。它適用于需要嚴格穩壓、功率范圍為3W~15W的輔助電源，如需要直接向微控制器供電，而無(wú)需低效率的線(xiàn)性穩壓器。圖1所示為一個(gè)完整的采用LinkSwitch-CV的6W反激式電源，它僅使用了24個(gè)元件。該電源可以將90VAC~264VAC范圍內的交流輸入電壓轉換為5V、1.2?A的單路隔離直流輸出，在不同的負載、輸入電壓和溫度下的輸出穩壓容差為±5%。

　　電路中的主要初級側開(kāi)關(guān)元件是集成在U1中的功率MOSFET。在使能狀態(tài)下，U1中的控制邏輯在每個(gè)時(shí)鐘周期開(kāi)始時(shí)導通功率MOSFET。當電流達到限流點(diǎn)時(shí)，MOSFET會(huì )關(guān)斷?？刂破麝P(guān)斷MOSFET后，變壓器T1繞組間的電壓開(kāi)始反向，輸出二極管D7被正向偏置，電流開(kāi)始流入次級繞組，這樣會(huì )補充輸出電容C7和C8中的電荷，并將電流供應給負載。

　　U1通過(guò)開(kāi)/關(guān)控制來(lái)調節輸出，具體方法是根據反饋引腳FB上的采樣電壓使能或禁止開(kāi)關(guān)周期。輸出電壓檢測是由變壓器T1上的初級參考繞組來(lái)執行的。T1偏置繞組上的磁通與次級主功率繞組中的磁通直接成正比，因此可提供負載的電壓及電流信息。由R3和R4組成的電阻分壓器將繞組電壓饋入U1。R3和R4的比率確定輸出電壓設定點(diǎn)。這種控制方法可補償電感變化、其他元件容差及輸入電壓變化。這種對變壓器反饋的創(chuàng )新性使用，是實(shí)現低功耗和低成本電源目標的關(guān)鍵設計要素。

　　在高壓開(kāi)關(guān)關(guān)斷2.5μs后，對FB引腳電壓進(jìn)行采樣。如果檢測電壓高于1.86V閾值，會(huì )禁止隨后的開(kāi)關(guān)周期。相反，如果檢測電壓低于1.86V閾值，則會(huì )使能隨后的開(kāi)關(guān)周期。因此，通過(guò)調節使能與禁止周期的比率，可以使控制器維持輸出穩壓。開(kāi)關(guān)控制可以使轉換器的效率在整個(gè)負載范圍內得到優(yōu)化，并在極輕負載下維持效率恒定。該設計可實(shí)現在230VAC下空載功耗小于80mW，同時(shí)符合ENERGY STAR EPS v2.0帶載效率要求(效率可達77%，要求為70%)。

　　此設計的性能優(yōu)勢

　　該電源可提供全面的短路輸出及其他故障保護功能。LinkSwitch-CV內置的自動(dòng)重啟所產(chǎn)生的輸出特征包絡(luò )如圖2所示。在檢測到過(guò)流或短路故障時(shí)，U1將自動(dòng)重啟。在開(kāi)始重新啟動(dòng)之前，功率MOSFET被禁止2.5s。如果故障仍然存在，自動(dòng)重啟將以大約8%的占空比交替使能和禁止功率MOSFET，直到故障排除為止。

　　在導通周期的正激期間(開(kāi)關(guān)導通時(shí)間)，如果檢測到FB引腳電流降低到120μA以下，U1將會(huì )啟動(dòng)開(kāi)環(huán)故障響應。自動(dòng)重啟時(shí)間從200ms降低到大約6個(gè)時(shí)鐘周期(90μs)，同時(shí)使禁止周期維持在2.5s。這樣可有效地將開(kāi)環(huán)的自動(dòng)重啟占空比減小到0.01%以下。

　　此外，可熔防火式電阻RF1可提供進(jìn)一步保護。這樣可限制啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流，提供嚴重故障保護。

　　在出現過(guò)熱的情況下還可關(guān)斷電路。當結溫超過(guò)142℃(±5%)時(shí)，功率MOSFET開(kāi)關(guān)被禁止，直到結溫度下降至60℃，MOSFET才會(huì )重新使能。遲滯恢復功能可確保PCB的溫度在所有條件下均處于安全范圍內。