DPA-Switch系列集成控制器在小功率DC-DC变换器中的应用（一）

3．1 Control引脚的工作过程

DPA-Switch的Control引脚呈低阻抗状态，可同时接受供电和反馈混合信号。在正常工作状态下，芯片内部的分流调节器会将反馈信号从混合信号中分离出来。Control引脚上的电压Vc用于向芯片内部的控制电路供电，包括为输出MOSFET驱动器供电。实际应用当中，需在Control引脚和Source引脚之间接一只旁路电容，以提供MOSFET的栅极驱动电流。该电容的大小将对自动重启动时间和控制环路补偿产生影响。

在启动过程中，当直流输入电压施加在Drain引脚上时，输出MOSFET处于关断状态，接在Control引脚上的电容通过芯片内部集成在Control引脚和Source引脚之间的高压电流源进行充电。当Contro引脚上的电压Vc上升至5.8V左右时，控制电路开始工作，系统进入软启动状态。软启动电路使占空比由零逐渐上升至最大值，这一过程将持续大约5ms的时间。软启动过程结束时，高压电流源关断。如果此时Control引脚上没有反馈-供电混合信号出现，软启动电容将开始放电。如果设计正确，且系统不存在开环或过载等故障，在Control引脚上的电压放电至4.8V的欠压锁定之前，外部反馈环路将向Control引脚提供电流，以维持对Control引脚上电容进行充电。当电容电压充至5.8V的分流调节器阈值时，超过芯片正常工作所需电流的富余部分将通过电阻RE分流至Source。该电流控制MOSFET占空比的大小，以实现闭环控制。分流调节器的输出阻抗ZC相当低。如果采用原边反馈结构，该阻抗的大小将决定误差放大器的增益。控制环路的主极点将由控制引脚的动态阻抗Zc和接在Control引脚上的外部电容共同决定。占空比与Control引脚电流之间的关系如图3所示。

当系统出现开路或过载故障后，外部流入Control引脚的电流受到影响，接在Control引脚上的电容开电。当电容上的电压降至4.8V时，自动重启动电路开始工作，输出MOSFET被关断，控制电路进入小电流待机状态。此时高压电流源开启，重新对外接电容进行充电。芯片内部的滞回比较器通过控制高压电流源的开启和关断，使VC始终保持在4.8V-5.8V这一窗口电压范围之内。在自动重启动电路中包含一个八分之一分频器，该分频器确保MOSFET在经过8个充/放电周期之后才会再次开通。这样一方面能够有效降低DPA-Switch的功耗，另一方面由于自动重启动周期内的占空比仅为4％，系统在该过程中向输出端传输的功率也大大降低。故障排除，系统恢复正常后，自动重启动周期才会结束，否则该过程将一直持续下去。DPA-Switch的典型工作波形图如图4所示。

3．2 振荡器和开关频率的选择

DPA-Switch芯片内部的振荡器通过对内置电容器的充放电，生成PWM控制器所需的锯齿波。PWM控制器和限流调节器的门限值由振荡器在每个工作周期初始阶段设定。

通常开关频率应设为400KHz，此时应将Frequency引脚与Source引脚相连。在某些情况下，如采用次级同步整流时，需要将开关频率设得低一些。此时需要将Frequency引脚与Control引脚连在一起，这时的开关频率将为300KHz。

3．3 PWM和最大占空比控制

DPA-Switch芯片采用的是电压控制模式，生成的PWM脉冲宽度与流入Control引脚的那部分富余电流成反比。这部分超过芯片正常工作所需的富余电流通过电阻RE转化为电压后作为反馈误差信号送入PWM比较器。该信号经过一个转折频率为30KHz的RC网络滤波，去除芯片内部输出MOSFET产生的开关噪声信号的干扰后，与内部振荡器发出的锯齿波信号相比较，最终生成PWM驱动脉冲信号。随着控制电流的上升，占空比逐渐下降。输出MOSFET的开通阈值由振荡器时钟信号决定，PWM控制器能够将该阈值复位，并使输出MOSFET关断。这里需要注意的是，在占空比开始变化之前，Control引脚上必须注入控制电流。

DCMAX是最大占空比，其默认值的典型值为75％。如果在Line-Sense（L）引脚和直流输入端之间增加一只特定阻值的电阻，当输入电压升高时，DCMAX将由75％下降至33％。

3．4 最小占空比和周期跳越控制

负载发生变化时，占空比也将随之发生改变。占空比的变化与Control引脚上的电流成反比。当Control引脚上的电流上升时，占空比将线性下降，直至最小占空比DCMIN。当占空比达到DCMIN时，如果此时Control引脚上的电流继续上升2mA，PWM控制器会强行将占空比由DCMIN逐步降至0。这一特点保证了在负载所需功率低于DC MIN状态下变换器的传输功率时系统工作在周期跳越模式。由正常工作状态转至周期跳越状态是系统自动完成的，无需任何附加控制。随着负载所需功率的上升或下降，系统将根据实际需要在正常工作状态和周期跳越状态之间进行转换。当然，如果需要也可以将周期跳跃这一功能去掉。具体做法是在变换器输出端上接一个很小的负载，使占空比始终维持在DC MIN之上即可。