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内带监控器的高电压电流型PWM控制器HV9606应用

作者:时间:2012-03-15来源:网络收藏
3.3 振荡器与同步

  振荡器的振荡频率为PWM输出脉冲频率的两倍。改变RT脚与SGND脚之间外接电阻的阻值,振荡频率即可在30kHz—800kHz之间调整。给定振荡频率时,RT脚外接电阻的阻值RT可按下式计算:


  SYNC(同步)脚是一个输入输出端口。在采用多只HV9606的变换器中,为了保证所有HV9606同步工作,各个HV9606的SYNC脚必须连接在一起,SYNC脚也可接到外部主控时钟的开漏输出端。采用外部主控时钟同步时,所有振荡器的频率都锁定在各振荡器中的最高振荡频率。外部主控时钟的占空比必须小于50%。采用外部主控时钟同步时,SYNC脚固定逻辑高电平或低电平将造成不同步,但是采用HV9606的变换器仍可正常工作,工作频率由HV9606单独设定。由于HV9606失去同步时,总的电源系统并不会出现故障,因此可以认为同步脚具有一定的故障容限。
  在多只HV9606组成的DC/DC变换器中,采用外部主控时钟同步时,考虑到同步(SYNC)脚累积寄生电容的影响,在SYNC脚与VDD脚之间应接入一只上拉电阻。该电阻的阻值由累积寄生电容和工作频率决定。

3.4 倍压器

  内部电源电压在2.9V—5.5V之间时,HV9606仍可正常工作,但是很难找到栅极驱动电压如此低的功率MOSFET,因此HV9606内设置有了倍压电路。该电路可在VX2脚产生接近VDD两倍的电压。倍压电路采用电容充电升压方法,因此在CA脚和CB脚之间应接入一只0.01μF电容器。同时,在VX2脚与PGND脚之间还应接入一只0.1μF贮能电容器,倍压电路的工作频率与PWM输出频率相同。
GATE脚输出的栅极驱动电压,由VX2脚电压供给,当VDD升高到3.3V时,可以采用栅极驱动电压为5V的逻辑电平功率MOSFET,当VDD升高到5V时,可以采用栅极驱动电压为10V的标准功率MOSFET。

3.5 VX2欠压封锁

  为了保证适当的栅极驱动电压,欠压封锁电路(VX2 UVLO)连续监控VX2脚的电压。若VX2脚电压低于4.5V,为了防止损坏外接的功率MOSFET,PWM电路栅极驱动器输出被封锁。为了防止欠压封锁电路误动作,欠压封锁门限电压具有400mV滞后电压。

3.6 带隙基准电压

  除了起动/停机电路外,HV9606内部所有电路都由精度为1%的带隙基准电压供电。基准电压加在REF脚,也可为外部电路提供100μA电流。在REF脚与SGND脚之间,应接入0.1μF以上的旁路电容器。

3.7 电流取样与限流

  电流取样电阻应接在外接MOSFET的源极与PGND脚之间。有两个独立的比较器监控取样电阻两端的压降,一个比较器完成绝对值峰值电流限制,另一个比较器将峰值电流反馈信号加到PWM控制回路。
  MOSFET开通时,在栅极驱动脉冲的前沿将产生很大的漏极电流尖峰。这样可导致限流比较器误动作,也可使PWM控制回路工作不正常。为了消除这种现象,HV9606内加入电流取样脉冲前沿85nS消隐电路。这样,在大多数实际应用中都可以消除电流取样脉冲前沿尖峰的影响,使变换器稳定工作。为了使变换器更可靠地工作,还应当滤除MOSFET导通瞬间产生的电流尖峰,为此,电流取样(CS)脚应串入一只电阻,同时,在电流取样脚与SGND脚之间,还应接入一只电容器。

3.8 误差放大器

  HV9606内部误差放大器的最小增益带宽为1MHz。引脚FB和NI分别接放大器反相输入端和同相输入端。放大器输出接COMP脚,应用非常方便。为了防止输出饱和,该放大器还具有快速转换恢复功能。

3.9 软起动控制电路

  软起动电路输出的10μA恒定电流,对外接在软起动脚(SS)的电容器充电。SS脚的瞬时电压决定误差放大器的上限电压,因此可使PWM电路开始输出占空比最小的脉冲,并且随着SS脚电压升高,输出脉冲占空比逐渐增大,一直到闭环回路稳定工作。软起动电容器的容量应当保证,DC/DC变换器输出最大负载电流时,SS脚电压超过1.2V以前,闭环控制回路应当稳定工作。
只有的状态(STATUS)输出为低电平时,软起动电路才能被封锁。当SS脚电压降低时,软起动电容器放电,并且只有当VX2欠压封锁电路检测到栅极驱动电压过低后,软起动电路才能重新开始工作。

3.10 PWM电路

  电流型PWM电路的工作频率为振荡器振荡频率的一半,输出脉冲占空比不超过50%,在很宽的动态控制范围内,特别是在低频工作时,输出脉冲最小宽度为130nS。
  为了保证实际应用所需的动态控制范围,振荡器最高振荡频率可由下式决定:

  式中 tON为最大栅极驱动输出导通时间;
  UIN MAX 和UIN MIN分别为最高和最低输入电压;
  POUT MAX和POUT MIN分别为最大和最小输出功率;
  DMIN为在最坏条件下栅极驱动输出脉冲最小占空比(195nS);
  fPWM为最大栅极驱动开关频率;
  fosc为最高振荡频率。

3.11 

  在各种实际应用中,都可以采用电压监控电路。HV9606内的控制软起动电路,当STATUS输出脚为低电平时,软起动电路开始工作。实际工作过程中,只有电流取样(SENSE)脚的电压低于0.85UREF-100mV时,STATUS脚才为低电平。
  监控器还可用来监控DC/DC变换器的输出电压。在这种情况下,STATUS输出脚可用作电源监控器,当电源电压低于设定值时,该输出脚也可完成微控制器的通电复位(power on reset )功能。在DC/DC变换器中,只要输出电压在规定的极限值以内,监控器就可封锁软起动电路,因此当输入电压短时下跌后,变换器可以快速重新起动。这样,在电源系统维持时间确定的条件下,可以减小输入和输出电容器的容量。
  只要将STATUS脚接到SS脚,监控器还可用作高精度低输入电压检测和封锁电路。STATUS脚有10μA电流,STATUS脚与SS脚连接后,软起动电容器的充电电流将增加一倍,因此在软起动时间相同的条件下,软起动电容器的容量必须增加一倍。电流取样(SENSE)脚通过电阻分压器可以接到任何被监控的电压源(不是HV9606组成的DC/DC变换器的输出电压)或逻辑输出端。当SENSE脚的电压低于0.85UREF-100mV时,SS脚将变为低电平,因此可以封锁栅极驱动输出信号,从而关断DC/DC变换器。即使GATE脚输出维持在低电平,振荡器仍然正常工作,并且同步SYNC I/O脚仍与系统其他元件保持同步,也可为电源系统提供时钟信号。

3.12 关断与封锁

  根据电源系统的要求,HV9606也可被关断或被封锁。
  STOP脚的电压降低到SGND脚电压时,HV9606将被关断,此时HV9606处于零功率(只有漏电流)状态。在此状态下,振荡器也停止工作。利用一只击穿电压在20V以上的外接MOSFET、光电耦合器和开路集电极晶体管即可将STOP脚电压拉低到SGND脚电压。应当说明,采用这种关断方法时,将会使同步(SYNC)脚电压降低,因此接在SYNC脚的其他元件将不再同步。
  只要输入电压超过设定的停机门限电压,将SS脚电压拉低到SGND脚电压,可以封锁PWM电路的输出脉冲。因此,可以使栅极驱动电路始终输出低电平。只有SS脚的电压升高后,软起动才能重新开始。在封锁状态下,内部起动稳压器给HV9606供电,因此振荡器将正常工作,并且SYNC脚将与系统中其他元件保持同步,也可为系统提供时钟信号。拉低SS脚电压可由击穿电压大于5V的MOSFET、光电耦合器和开路集电极晶体管来实现。

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