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DPA-Switch系列集成控制器在小功率DC-DC变换器中的应用(一)

作者:时间:2012-03-19来源:网络收藏

3.5 误差放大器

在采用原边反馈控制的中,分流调节器还可以起到误差放大器的作用。分流调节器的电压由温度补偿型带隙基准提供,误差放大器的增益则由Control引脚的动态阻抗决定。加在Control引脚上的电压信号被箝位于Vc,电流信号一部分用于维持芯片的正常工作,其富余部分则由分流调节器分流后流经电阻RE作为电压误差信号。

3.6 限流功能

具有逐周漏极峰值电流限幅功能,该功能是借助输出MOSFET的导通电阻作为检测电阻而实现的。限流比较器将输出MOSFET导通状态时的漏-源电压VDS(ON)和特定的阈值电压相比较。当VDS(ON)超过这一阈值时,输出MOSFET将被关断直至下一个工作周期开始。限流比较器阈值经过了温度补偿,能够最大限度的减小输出MOSFET的RDS(ON)随温度变化而对限流功能产生的影响。限流阈值可以通过外部电路进行编程控制,即在External Current Limit(X)引脚和Source引脚之间接一只电阻,就可以实现对芯片预设限流阈值的调整,调整范围为预设限流阈值的25%至100%之间。如果将限流阈值调低,就可以选用更高一级规格的芯片,利用其更低的RDS(ON)来实现更高的转换效率。如果在External Current Limit(X)引脚和直流输入端之间再接一只电阻,如前所述,随着输入电压的升高,限流阈值将随之下降,以实现限制,这在反激中尤为重要。

在输出MOSFET开通之后,限流比较器将被上升沿消隐电路短暂的屏蔽。如果设计正确的话,上升沿消隐电路将有效防止输出MOSFET因电流尖峰造成的异常关断。这里,电流尖峰主要是由原边电容和副边整流二极管反向恢复引起的。

3.7 母线欠压检测

系统上电时,母线欠压检测功能将使保持关断状态,直到输入母线电压达到欠压阈值上限。系统掉电时,母线欠压检测功能将使DPA-Switch保持开通状态,直到输入电压降至欠压阈值下限。欠压阈值的上限和下限取值由接在Line-Sense(L)引脚和直流输入端之间的电阻决定。为了防止因噪声引发的误触发,欠压阈值下限被设为阈值上限的94%。如果在正常工作状态下,欠压检测信号达到阈值下限,且这一状态持续的时间超过10μs,芯片将被关断直到欠压检测信号重新达到阈值上限。在此之后,当Control引脚上的电压上升至5.8V时,将进入软启动阶段。如果在欠压检测信号重新达到阈值上限之前处于异常状态,芯片将进入自动重启动状态。在每个自动重启动周期即将结束时,欠压比较器被激活。如果欠压检测信号达不到阈值上限,在下一个周期,输出MOSFET将被禁止。需要说明的是,欠压检测功能可以被禁止,而且独立于母线过压关断功能。

3.8 母线过压关断

母线过压关断阈值同样由母线欠压检测电阻决定。当母线电压超过过压关断阈值时,输出MOSFET将在一个开关周期内被强制关断。过压关断阈值与欠压阈值的比值被预置为2.7。由于输出MOSFET关断时,反射电压以及漏极尖峰电压的出现,输入浪涌将大大增加。同样,为了防止误触发,过压阈值也留有一定的裕量。与欠压检测功能相同,过压关断功也能够被禁止,并独立于母线欠压检测功能。

3.9 母线前馈及DCMAX下降

Line-Sense(L)引脚和直流输入端之间的电阻还能够起到母线电压前馈的作用,以减小输出纹波,降低母线瞬态变化对变换器输出产生的影响。在Control引脚上电流相同的条件下,母线电压越高,占空比越小。当母线电压达到过压阈值时,DCMAX将由75%下降至33%,这样能够有效防止正激变换器中变压器因大的负载瞬变而饱和。

3.10 远程ON/OFF控制

所谓DPA-Switch的远程ON/OFF控制是相对于逐周ON/OFF控制而言的。DPA-Switch的开通和关断可以通过控制流入Line-Sense(L)引脚或流出External Current Limit(X)引脚的电流进行控制,这样就可以通过多种方式实现DPA-Switch的远程ON/OFF控制。例如在External Current Limit(X)引脚和Source引脚之间接入一只开关管或光耦,远程ON/OFF控制功能将被激活,而在Line-Sense(L)引脚和Control引脚之间接入一只开关管或光耦,远程ON/OFF控制功能将被禁止。

当发生欠压、过压故障,或者接收到远程OFF信号时,DPA-Switch在输出关断之前仍会使相应的电流开关周期得以完成。此时,内部振荡器将停止工作直到故障信号排除。

远程ON/OFF控制能够使变换器在待机状态,以及DPA-Switch在长时间关断状态下的功耗保持在相当低的水平。如果DPA-Switch在远程关断状态下的时间超过10μs,Control引脚将进入滞回工作模式。在该模式下,Control引脚上的电压通过充放电周期在4.8V至5.8V之间交替变化。此时,高压直流输入将与DPA-Switch完全断开,芯片处于极低功耗状态。当DPA-Switch接收到远程开通信号时,芯片将在Control引脚上的电压再次达到5.8V时重新进入启动过程。在最坏情况下,DPA-Switch在接收到远程开通信号到重新启动的延迟时间将等于Control引脚外接电容的充-放电周期。假设Control引脚上的外接电容为22μF时,延迟时间将为36ms。

远程ON/OFF控制功能能够替代机械开关,从而降低系统成本。同时,还能够实现微处理器控制。

3.11 同步功能

除了检测过压、欠压以及远程ON/OFF信号外,Line-Sense(L)引脚还通过一个1V的阈值比较器监测自身的引脚电压。如果Line-Sense(L)引脚上的电压低于1V,则允许DPA-Switch开通。如果Line-Sense(L)引脚上的电压超过1V,DPA-Switch将被关断。在输出被强制关断之前,DPA-Switch仍将继续使相应的电流开关周期得以完成。振荡器在本次电流开关周期结束时停止工作,直到Line-Sense(L)引脚上的电压重新恢复到1V以下。利用这一特性,可以通过外部触发信号实现DPA-Switch的同步,而且该信号的频率可以低于DPA-Switch的开关频率。在Line-Sense(L)引脚和Source引脚之间接入一只开关管或光耦,同步功能将得以实现。

为了准确的接收同步脉冲,Line-Sense(L)引脚应保持低电平(开通状态),并持续至少120ns。当开关频率为400KHz时,该时间不能超过2250ns;当开关频率为300KHz时,该时间不能超过3080ns。同步状态下,有效的DCMAX可通过下式计算出来:
DCMAXSYNC=0.75×fSYNC/fOSC

另外,DPA-Switch的关断时间不能超过7.7μs。如果超过了7.7μs,Control引脚将进入滞回工作模式。同步功能时序图如图5所示。

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