智能功率开关电源IC设计

技术分类: 电源技术  | 2006-04-10
来源:半导体技术 | 作者:上海大学微电子研究与开发中心 嵇维贵 冉峰 徐美华

       式中,IN=8mA,可以计算出 TN =7ms。

       T="Tp"+T N="10ms" (5)

       占空比的设计也是需要考虑的,当占空比提高后,整个IC及外接电路构成的电源效率都会提高。

振荡器电路和振荡器简化模型

       但是又不能无限的提高,使之接近100%,这主要是变压器磁通的建立和恢复是有时间限制的。同时,长时间的导通,功率MOSFET容易烧坏。

       3.2 偏置电路

       该电路采用三管能隙基准电源,如图4所示。 T2的发射极电压如式(6)所示。由公式可知,利用等效热电压 Vt的正温度系数和Vbe 的负温度系数相互补偿,可使输出基准电压的温度系数接近为零 (由于T6和T2的Vbe相同,所以输出电压 Vref和T2发射极电压相同)。

偏置电路

             3.3 PWM调制电路

       由光耦管耦合过来的反应负载变化情况的信号首先经过一个7kHz的低通滤波器,然后送到PWM比较器和振荡器产生的锯齿波进行比较,从而实现脉宽调制。该低通滤波器的频率响应为

频率响应

       可作为设计参数使用。

       3.4 过压保护,欠压锁定电路

       设计的内部电路工作电压环境为7.5~8.6V,该电路如图5所示,由比较器C1,C2和电阻R1 、R2、R3、R 4组成。由于迟滞比较器的作用,当Vcc 处于7.5~8.6V时,IC正常运行。当Vcc >8.6V时,C1输出高电平,直接使放电NMOS管导通,进行放电。该NMOS管设计得比较大,这样可以迅速地放电,使IC及时地回到安全状态。若该 Vcc故障仍然存在,将用八分频计数器来计数。这个八分频计数器使得功率MOSFET关闭,电容将在8个连续周期内反复充放电,8个周期后,若故障排除,整个IC进入正常工作状态,功率MOSFET开通。这种设计可大大减少功率MOSFET的耗散功率。当内部工作电压Vcc<7.5V时,C1输出一低电平,关闭驱动,同时驱动高压启动电路,对外接10μF电容进行充电。同时,该低电平也送入计数器计数,这样便实现了自启动功能。一般说来Vcc <7.5V,是由负载短路或过载引起电源变压器的附加线圈输出电压失落,没有足够的电压对芯片供电所致。

过压保护

      3.5 热关断电路

      热关断电路如图6所示。正常情况下T =25℃,Vz=6.3V,V BE1=0.75V,VBEH=0.65V,此时 VH = R3 ( Vz -VBE1) / (R2+R3)=0.43V< VBEH

热关断电路

      故Q1不导通,从而Vout 为高电平。

      故障状态,稳压管的温度系数为正,而晶体管的VBE 为负温度系数。设计的温度保护能力(当T=150℃)为

      同样计算可得VH(150℃)=0.46V,这样Q 2 导通,Vout为低电平。此信号直接关断功率MOSFET。同时这个脉冲信号也输入到1/8分频器,做计数用。

      3.6 高压启动电路

      高压启动电路如图7所示,当IC上电后,整个IC处于建立工作环境的状态。VDMOS的栅极为高电平,则该管导通,Out端有充电电流。当 Vcc达到8.6V时,过压保护电路送来信号 Vstart为一低电平,使得P2导通,这样VDMOS截止。另外 R1的作用是充电电流过大时,使P1、Q1导通,使 VDMOS截止,起到保护作用。此充电电流能力设计值为3mA,超过该值,VDMOS就会截至。根据计算,整个IC建立工作环境所需的时间为40ms,与实际仿真结果相符。

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