智能功率开关电源ic设计-ac

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1、智能功率开关电源IC设计

2、AC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。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）[2]。3.

3、3P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P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式中，则可以推得RPC＝22.74×10-6，可作为设计参数使用[3]。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、R4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

4、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<

5、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。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，VBE1＝0.75V，VBEH=0.65V，此时VH=R3(Vz–VBE1)/(R2+R3)=0.43V<VBEH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Q2导通，Vout为低电平。此信号直接关断功率MO

6、SFET。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。3.

7、7驱动电路设计驱动电路的目的是为了去除驱动信号的毛刺和对功率MOSFET的栅极起保护作用（图8）。正常时，N1、N2、N3都处于截止状态。当电路内部电源电压Vcc由低电平突然变为高电平时，电容C两端电压不能突变，这样N1导通，使输出为0。另外当IC突然上电时，由于功率MOSFET的栅漏电容的存在，使栅极的电压为高电平，但是由于设计中加了电阻R和N3的存在，对栅极构成旁路，起到保护作用。最后就是如果IC突然断电时，则功率管漏极没有大电流供给。如果此时驱动为高电平，则可以从R上卸流，最终使低电平变低。总之，N1、N2、N3

8、对功率MOSFET的栅极起保护作用[4]。3.8前沿消隐电路前沿消隐电路如图9所示。正常时，A点电压较低，2管导通，则C2输出为高电平；故障时，也就是功率MOSFET的电流过大时，A点电位升高，使得2管关闭，这样C2输出为低电平，出现故障脉冲。值得一提的是，2管的栅极输入信号和它的源极输入信号不是同步的，这样设计的好处是可以避免短暂时间内电流过大的情况。若电流一直很大，则可以发挥前沿消隐作用。这两个信号的延时大小由几级反相器和电容构成，其中以电容的贡献最大，其设计延时时间为200ns[5]。4仿真结果仿真过程中，着重对

9、正常运行、过压、欠压、过流、过载等情况做了分析。图10中模拟了负载变化时功率MOSFET输出的变化情况。最下面一条波形为负载情况经过光耦合和低通滤波器后的电压，中间一条波形为IC内部电压Vcc信号，最上面一条波形为功率MOSFET栅极上的驱动电压信号。可以看出，由于充电，Vcc不断增加达到8.6V时便不再增加（过压保护电路起作用）