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SD8530AS内置高压三极管的原边控制开关电源控制器

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文章出处:骊微电子责任编辑:电源管理芯片人气:-发表时间:2019-12-17 09:56
  SD8530AS是离线式开关电源集成电路,内置线损补偿和峰值电流补偿的高端开关电源控制器。通过检测变压器原级线圈的峰值电流和辅助线圈的反馈电压,控制系统的输出电压和电流,达到输出恒压或者恒流的目的。
  
  完整的工作周期分为峰值电流检测和反馈电压检测:  
  当三极管导通,通过采样电阻检测原级线圈的电流,此时FB端电压为负,输出电容对负载供电,输出电压VO下降;当原级线圈的电流到达峰值时,三极管关断,FB端电压检测开始。存储在次级线圈的能量对输出电容充电,输出电压VO上升,并对负载供电。当同时满足恒压、恒流环路控制的开启条件后,三极管才开启。随之,芯片再次进入峰值电流检测。
  
  1. 电路启动和欠压锁定  
  系统上电,电路由高压直流母线通过启动电阻对 VCC 管脚外置的电容充电。当 VCC 上升到 14.5V,电路开始工作;在电路正常工作过程中,由启动电阻和辅助线圈共同供电来维持 VCC 电压;当 VCC 下降到 6.0V 进入欠压锁定状态,启动电阻对 VCC 电容供电,VCC 上升到 14.5V,电路启动重新工作。
  
  2. 峰值电流检测  
  当驱动高电平提供基极驱动电流,三极管导通,通过采样电阻检测呈线性增大的原级线圈的电流,当达到设定的电流限制值即峰值电流,三极管关断。  
  在三极管导通时会产生一个瞬间的毛刺,如果该毛刺的幅度超过峰值电流阈值 VPK,即会导致驱动关断。因此设置前沿消隐时间 TLEB=0.6µs,消除由该毛刺带来的可能的误触发。  
  根据开关续流占空比 Ds 来检测系统负载,随着系统负载逐渐增大至 Ds 超过 38%时,系统进入重载,峰值电流阈值 VPK1=0.5V;当系统负载从重载逐渐降低至 Ds 小于 19%时,峰值电流阈值 VPK2=0.33V。
  
  3. 峰值电流补偿  
  由关断延迟时间导致实际检测到的峰值电流值,随着输入交流电压的增大而增大,而峰值电流值直接反映输出电流,因此造成输出电流随输入交流电压的线性调整率会比较差。  
  SD8530AS 利用反馈电压 FB 管脚的负电平来检测交流输入电压,根据检测到的负电压产生一个恒流源,叠加到峰值电流检测 ISEN 端,使不同输入电压下的峰值电流基本保持不变,改善输出电流的调整率。
  
  4. 反馈电压检测  
  当三极管关断,反馈电压为正,在 FB 为正的 1/2 时间点进行采样,采样得到的电压经过与恒压阈值 VCV的比较、放大、保持,产生恒压环路的关断时间 TOFF,从而实现输出的恒压。  
  同时电路对 FB 为正、为负或衰减振荡的时间进行计算,FB 为正的时间为 TOFF1 表示变压器的次级线圈有电流,FB为负的时间为 TON、FB 衰减振荡的时间为 TOFF2,在这两个时间内变压器的次级线圈没有电流。该开关电源的占空比:
 
 
 
  输出电流即变压器次级线圈的平均电流: 
 

 
  ISP为次级线圈的峰值电流,IPK为原级线圈的峰值电流,n 为原次级线圈的匝比。  
  因此,在峰值电流恒定的条件下,当 DS=DSmax=0.50(该占空比由电路内部设定),电路进入恒流环路控制模式,实现输出电流的恒定。
  
  5. 线损补偿  
  在实际的应用设计中,输出电压在电缆线上会有不同程度的压降 VCAB。  
  考虑到不同输出电流下的 VD 基本不变,该因素忽略而着重考虑与输出电流呈正比的 VCAB。因此为了提高输出电压的负载调整率,需对恒压阈值 VCV进行一定的补偿。  
  根据输出电流计算公式,在峰值电流恒定的条件下,占空比 DS即表示输出电流的负载情况。
  
  因此线损补偿后的恒压阈值:
  
  K 为线损补偿系数,不同补偿系数的电路适用于不同的电缆线。例如 SD8530AS,线损补偿系数为 6%,因此空载恒压阈值为 4.0V,补偿后满载的恒压阈值为 4.24V。
  
  6. FB 过压保护  
  当 FB 管脚电压超过过压保护电压 VOVP=6.6V 时,输出关断。该状态直到 VCC 降到关断电压以下电路重新启动。
 
  
  7. 短路保护  
  当系统处于续流状态,FB 管脚电压小于典型值 1.0V 以及 Ds 超过 46%时,系统检测到输出短路。此状态如果 8 个开关周期内保持不变,则电路锁定,开关关断,直到 VCC 降到关断电压以下电路重新启动。
  
  8. 过温保护  
  当电路处于过温保护状态,输出关断以防止电路由于过热而导致损坏。过温保护的温度点为 155°C,过温保护的恢复具有迟滞特性以避免过温保护与正常工作状态的反复来回变化。迟滞区间为 30°C,即要等电路温度下降到 125°C,电路才能正常工作。
  
  9. 电路环路开路保护  
  当功率三极管导通时,如果 FB 管脚负电平大于-0.6V,则为环路开路状态,进入环路开路保护,输出关断,电路锁定,直到 VCC 降到关断电压以下电路重新启动。
  
  10. PFM 调制频率的设定  
  PFM 调制频率范围由固定的导通时间 TON和恒压环路控制关断时间所决定。因此当关断时间最长至 TOFFmax时,电路处于空载状态,工作频率最低;当关断时间最短时,电路处于满载工作状态,工作频率达到最高。
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