准谐振软开关控制器IRIS4015的设计及应用

１ 概述

ｉｒｉｓ４０１５是将ｍｏｓｆｅｔ和开关电源控制器封装在一起的组合集成电路，主要应用于反激式准谐振变换器。该器件采用５脚ｓｉｐ或ｓｍｄ封装，适用于各类高低压开关电源。该器件的静态工作电流很低（１００μａ），具有内部软启动、温度补偿的逐脉冲过流保护ｏｃｐ、过压锁定保护（ｏｖｐ）和过热关断保护（ｔｓｄ）等功能。

２ 引脚功能

ｉｒｉｓ４０１５的管脚排列如图１所示。各引脚的功能如表１所列。

３ 应用电路工作原理

ｉｒｉｓ４０１５在反激电源中的典型应用电路如图２所示。

３．１ 反馈和控制电路

表1 iris4015的引脚功能

振荡器利用ｉｃ内部的电容ｃ１充放电来产生决定ｍｏｓｆｅｔ关断时间的脉冲信号。振荡器的工作过程如图３所示。当ｍｏｓｆｅｔ开通时，内部５．６ｖ恒压源对电容ｃ１充电，ｍｏｓｆｅｔ的漏极电流ｉｄ流经ｒ５产生压降ｖｒ５后反馈到ｏｃｐ／ｆｂ脚，以实现初级电流控制。当ｏｃｐ／ｆｂ脚电压达到基准１（０．７３ｖ）时，比较器１翻转，ｍｏｓｆｅｔ关断，ｃ１结束充电，并开始恒流放电。当ｃ１两端电压下降到基准２（１．２ｖ）时，振荡器输出再次反相，ｍｏｓｆｅｔ导通，ｃ１两端电压迅速充电到５．６ｖ，ｍｏｓｆｅｔ反复循环开关工作。ｍｏｓｆｅｔ的导通时间由ｖｒ５的斜率决定。同样，ｍｏｓｆｅｔ的关断时间由ｃ１和恒流放电电路决定。关断时间由内部恒流放电电路调整到约５０μｓ。

次级输出电压采用电压型控制。输出电压通过光耦在ｒ４两端产生反馈电压ｖｒ４，反馈电压与ｒ５两端降压ｖｒ５之和使比较器１翻转。当输出电压升高时，ｏｃｐ／ｆｂ脚电压升高，从而使ｏｃｐ／ｆｂ脚电压达到基准电压１（０．７３ｖ）的时间缩短，并使ｍｏｓｆｅｔ的导通宽度变窄，以减少反激变压器存储的能量使输出电压降低。

３．２ 过流保护及正反馈补偿

过流保护电路通过检测ｍｏｓｆｅｔ源极和ｇｎｄ之间串联电阻ｒ５两端的电压，可检测ｍｏｓｆｅｔ的漏极电流，该检测信号和ｖｒ４之和将反馈到ｏｃｐ／ｆｂ脚并与基准电压１（０．７３ｖ）比较，以实现限流功能。

过流保护电路动作时，输出过流使输出电压下降，同时辅助绕组的电压也相应下降，当ｖｃｃ降到ｕｖｌｏ门限电压以下时，控制器停止工作。输出电流持续下降，ｖｃｃ电压因启动电路工作而升到启动电压，从而使电路间歇性工作。

当交流输入电压较高时，漏极电流较小，此时达到过流保护时的输出功率值将大于低压输入时的输出功率值。而加入由两个电阻和一个稳压管组成的正反馈补偿电路后（如图４所示），在交流输入电压较高时，其总输出功率变化不大。

加入正反馈补偿后，当输入交流电压较高时，辅助电源在ｏｃｐ／ｆｂ脚产生的偏置电压会降低ｍｏｓ-ｆｅｔ漏极的平均电流。这样，由于漏极电流减小，初级绕组漏感引起的反电压降低，ｍｏｓｆｅｔ两端承受的电压减小，同时也降低了电感电流。因此，加入正反馈补偿电路后，输出功率会被控制在适当的范围内，同时，次级侧元件承受的应力也不会过大。

３．３ 准谐振电路分析

图５给出了各点的波形图。图中，谐振电容ｃ３接在ｍｏｓｆｅｔ的漏极和源极之间，它和变压器的初级电感构成了谐振电路。辅助绕组和ｏｃｐ／ｆｂ脚之间加入ｃ４、ｄ３、ｄ４、ｒ５组成的延迟电路，可在ｍｏｓ-ｆｅｔ关断时产生准谐振信号，并通过比较器１和２使电路工作在准谐振状态。

变压器能量传送给次级绕组后，延迟电路使准谐振信号仍维持在ｏｃｐ／ｆｂ脚，而不是立即降落，这是因为ｃ４、ｃ５通过有源低通滤波器和电阻ｒ６、ｒ７放电所致。经过一段延迟时间后，ｏｃｐ／ｆｂ脚电压下降到基准电压１以下。调整ｃ４并监测电压波形，当ｍｏｓｆｅｔ的漏源电压达到最低时，电路将产生谐振信号使ｍｏｓｆｅｔ开通。延迟时间由ｃ４、ｃ５的放电时间决定，不加ｃ４时，延迟时间较短。由于加在ｏｃｐ／ｆｂ脚的最高电压为６ｖ，所以准谐振信号的幅值不能超过６ｖ。

３．４ 锁定电路

过压保护电路和过热关断电路动作时，锁定电路使振荡器输出低电平，从而使电源电路停止工作。当ｖｃｃ为８．５ｖ时，锁定电路的最大维持电流为４００μａ。低温时，经启动电阻流进ｖｃｃ脚的维持电流需要５００μａ。为了避免噪音等因素引起误动作，锁定定时器将产生一个延迟时间，当ｏｖｐ或ｔｓｄ电路持续工作８μｓ或更长时间时，锁定电路才开始动作。当锁定电路动作后，稳压器仍工作。由于通过启动电阻供给控制器的电流会超过５００μａ，从而使启动电阻的压降增大，所以ｖｃｃ电压下降。当ｖｃｃ电压下降到ｕｖｌｏ－门限电压１０ｖ以下时，稳压器停止工作。当电路电流低于４００μａ时，电压ｖｃｃ开始上升。当电压ｖｃｃ上升到ｕｖｌｏ＋启动电压（１６ｖ）时，稳压器又开始工作，控制器的电流再次增加，电压ｖｃｃ则再一次下降。

锁定电路工作时，电压ｖｃｃ会在１０ｖ～１６ｖ范围内波动，如图６所示。而要使锁定电路复位，必须切断输入电源。

３．５ 过压保护电路

当控制器输入电压ｖｉｎ超过２２．５ｖ时，过压保护电路将动作。控制器输入电压ｖｉｎ由变压器的辅助绕组提供，该电压与输出电压成正比。当次级电压反馈电路开路或其它原因引起次级过电压时，过压保护电路也会启动。过压保护动作时，次级输出电压可由下式计算：
ｖｏｕｔ＝（额定输出电压／ｖｃｃ正常工作电压）×２２．５ｖ

４ 结语

以ｉｒｉｓ４０１５为核心的电源变换器具有成本低、外围电路简单、保护电路完善等优点。且在空载时，电路工作电流很低（１００μａ）。由于该控制芯片的待机功耗仅约０．８ｗ，因而十分适用于各种对待机功耗要求比较严格的电器设备。