開(kāi)關(guān)電源控制芯片M51995及其應用SMPS‘sControlChipM51995andItsApplications
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摘要 ：M51995A是 MITSUBISHI公司推出的專(zhuān)門(mén)為AC/DC變換而設計的離線(xiàn)式開(kāi)關(guān)電源初級PWM控制芯片。本文詳細描述它的工作原理并給出典型應用。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/233429.htmAbstract: M51995A is a off－ line SMPS's primary PWM control chip of specific design for AC／ DC Conversion by MITSUBISHI ． This paper described in detail its work principle and showed typical applications.
關(guān)鍵詞：振蕩PWM比較鎖存電流限制斷續
Keywords: Oscillation， PWM comparison lock， Current limit， Discontinuity
1、引言
M51995A是一專(zhuān)門(mén)為AC/DC變換設計的離線(xiàn)式開(kāi)關(guān)電源初級PWM控制芯片。該芯片內置大容量圖騰柱電路，可以直接驅動(dòng)MOSFET。M51995A不僅具有高頻振蕩和快速輸出能力，而且具有快速響應的電流限制功能。它的另一大特點(diǎn)是過(guò)流時(shí)采用斷續方式工作。芯片的主要特征如下
* 500kHz工 作 頻 率 ；
* 輸出電流達±2A，輸出上升時(shí)間60μs，下降時(shí)間40μs；
* 起動(dòng)電流小，典型值為90μA；
* 起動(dòng)電壓和關(guān)閉電壓間壓差大：起動(dòng)電壓為16V，關(guān)閉電壓為10V；
* 改進(jìn)圖騰柱輸出方法，穿透電流??；
* 過(guò)流保護采用斷續方式工作；
* 用逐脈沖方法快速限制電流；
* 欠壓、過(guò)壓鎖存電路。
2、管腳排列及說(shuō)明
管腳排列見(jiàn)圖1。
各引腳定義如下：
COLLECTOR：圖騰柱輸出集電極
Vout：圖騰柱輸出
EMITTER：圖騰柱輸出發(fā)射極 VF：VF控制端
ON/OFF：工作使能端 OVP：過(guò)壓保護端
DET：檢測端 F/B：電壓反饋
T－ON：計時(shí)電阻ON端 CF：計時(shí)電容端
T－OFF：計時(shí)電阻OFF端 CT：斷續方式工作檢測電容端
GND：芯片地 CLM－：負壓過(guò)流檢測端
CLM＋：正壓過(guò)流檢測端 Vcc：芯片供電端
3、 工作原理
M51995A的原理框圖如圖2所示。它主要由振蕩器、反饋電壓檢測變換、PWM比較、PWM鎖存、過(guò)壓鎖存、欠壓鎖存、斷續工作電路、斷續方式和振蕩控制電路、驅動(dòng)輸出及內部基準電壓等部分組
成。
?。?）振蕩器
振蕩電路的等效電路如圖3所示。CF電壓由于恒流源的充放電而呈三角波。在正常工作時(shí)
其中
為三角波的峰峰值，
，
，
，
所以當
時(shí)振蕩器的工作和沒(méi)有發(fā)生過(guò)流時(shí)一樣。通常使VF端電壓正比于變換器的輸出電壓，這樣當發(fā)生過(guò)流而使輸出電壓變低時(shí)死區時(shí)間也相應變長(cháng)，從而進(jìn)一步降低占空比。圖4顯示了正激式變換器中VF端的應用，這里RC構成低通濾波器；而在反激式變換器中可以對偏置繞組電壓進(jìn)行分壓后接到VF端，因為偏置繞組電壓正比于變換器的輸出電壓。
?。?）PWM比較鎖存部分
圖5為PWM比較和鎖存部分的電路圖，由圖可知A點(diǎn)電位為：
A點(diǎn)電位與振蕩三角波比較后鎖存，并與從振蕩器輸出的控制信號邏輯組合后輸出。各點(diǎn)波形如圖6
所示。故B、C、D、E各點(diǎn)的邏輯關(guān)系為：
?。?）輸出電路
芯片的輸出為圖騰柱電路，以驅動(dòng)MOS管。傳統的圖騰柱電路具有高穿透電流的缺點(diǎn)，可達1A，這在高頻應用時(shí)將引起較大的ICC電流和不可避免的IC受熱及噪聲電壓。M51995A使用了改進(jìn)的圖騰柱電路，在不惡化性能的條件下穿透電流約為100mA。
?。?）電流限制電路
在圖6中，如果A點(diǎn)波形和三角波的上升沿相交之前電流限制端CLM＋或CLM－的電壓超過(guò)閾值（＋200mV/－
200mV），過(guò)流信號將使輸出截止并且這個(gè)截止狀態(tài)持續到下一個(gè)周期。實(shí)際上該信號控制的狀態(tài)在接下來(lái)的死區時(shí)間里被復位，所以電流限制電路在每個(gè)周期都可以起作用，被稱(chēng)為?逐脈沖電流限制?。為了消除寄生電容引起的噪聲電壓的影響，需要使用RC組成的低通濾波器，如圖7所示。
當內部限流電路工作時(shí)，斷續方式和振蕩控制電路開(kāi)始工作，即輸出高電平。圖8為時(shí)序圖，在斷續方式和振蕩控制電路輸出為高電平并且VF端電壓下降到低于約3V的臨界值時(shí)，斷續方式電路開(kāi)始工作。圖9為斷續方式電路的原理圖。當VF端電壓高于
時(shí)，晶體管V導通，CT端電位接近于GND；當VF端電壓低于時(shí)，晶體管V截止，CT將被充放電。SWA閉合而SWB斷開(kāi)時(shí)，CT被120μA的電流充電，SWB閉合
而SBA斷開(kāi)時(shí)，CT被15μA的電流放電，所以CT端呈三角波。只有在CT端電壓上升期才會(huì )產(chǎn)生輸出脈沖。顯然CT端的三角波頻率要遠遠低于開(kāi)關(guān)振蕩頻率。這樣功率電路中包括次級整流二極管在內的元器件可被有效保護，以防過(guò)流引起的過(guò)熱。當斷續方式不用時(shí)，建議CT端接地。
?。?）輔助功能部分
DET端可被用來(lái)控制輸出電壓。DET端和F/B端之間的電路與并聯(lián)型可調電壓基準芯片431非常相似，當DET端電壓高于2.5V時(shí)運放具有吸收電流能力，而當DET端電壓低于2.5V時(shí)輸出為高阻。DET端和F/B端相互具有反相特性，所以建議在它們之間串接電阻和電容以利相位補償。
OVP和ON/OFF端子可方便地用來(lái)實(shí)現過(guò)壓保護和開(kāi)關(guān)芯片工作。兩者都具有遲滯特性。在過(guò)壓保護及OFF狀態(tài)下，芯片的工作電流均由起動(dòng)電路提供。ON/OFF端為低電平時(shí)芯片才工作，閾值電壓為2.4V。當OVP端高于750mV的閾值電壓時(shí)芯片進(jìn)入過(guò)壓保護狀態(tài)（OVP）。為了復位OVP狀態(tài)，須使OVP端電壓低于閾值電壓或使VCC低于OVP復位供電電壓（典型值為9V）。
4、典型應用
圖10和圖11分別為M51995AP在正激式和反激 式變換器中的應用。在正激式變換器中，交流輸入經(jīng)全波整流和平滑濾波后進(jìn)行開(kāi)關(guān)變換。次級為多組輸出，而穩壓控制則是對主輸出來(lái)進(jìn)行的。采樣和誤差放大采用431用基準芯片和光耦以提高輸出精度和隔離初級和次級電壓。過(guò)流檢測使用電流檢測變壓器。電源可由外部信號進(jìn)行開(kāi)關(guān)。Ron推薦為10k到75k，Roff推薦為2k到30k；電源電壓推薦為12V到17V；流過(guò)R1起動(dòng)電阻的起動(dòng)電流推薦300μA以上以穩定起動(dòng)。
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