準(zhǔn)諧振軟開關(guān)控制器IRIS4015的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

１ 概述

ｉｒｉｓ４０１５是將ｍｏｓｆｅｔ和開關(guān)電源控制器封裝在一起的組合集成電路，主要應(yīng)用于反激式準(zhǔn)諧振變換器。該器件采用５腳ｓｉｐ或ｓｍｄ封裝，適用于各類高低壓開關(guān)電源。該器件的靜態(tài)工作電流很低（１００μａ），具有內(nèi)部軟啟動(dòng)、溫度補(bǔ)償?shù)闹鹈}沖過流保護(hù)ｏｃｐ、過壓鎖定保護(hù)（ｏｖｐ）和過熱關(guān)斷保護(hù)（ｔｓｄ）等功能。

２ 引腳功能

ｉｒｉｓ４０１５的管腳排列如圖１所示。各引腳的功能如表１所列。

３ 應(yīng)用電路工作原理

ｉｒｉｓ４０１５在反激電源中的典型應(yīng)用電路如圖２所示。

３．１ 反饋和控制電路

表1 iris4015的引腳功能

振蕩器利用ｉｃ內(nèi)部的電容ｃ１充放電來產(chǎn)生決定ｍｏｓｆｅｔ關(guān)斷時(shí)間的脈沖信號(hào)。振蕩器的工作過程如圖３所示。當(dāng)ｍｏｓｆｅｔ開通時(shí)，內(nèi)部５．６ｖ恒壓源對(duì)電容ｃ１充電，ｍｏｓｆｅｔ的漏極電流ｉｄ流經(jīng)ｒ５產(chǎn)生壓降ｖｒ５后反饋到ｏｃｐ／ｆｂ腳，以實(shí)現(xiàn)初級(jí)電流控制。當(dāng)ｏｃｐ／ｆｂ腳電壓達(dá)到基準(zhǔn)１（０．７３ｖ）時(shí)，比較器１翻轉(zhuǎn)，ｍｏｓｆｅｔ關(guān)斷，ｃ１結(jié)束充電，并開始恒流放電。當(dāng)ｃ１兩端電壓下降到基準(zhǔn)２（１．２ｖ）時(shí)，振蕩器輸出再次反相，ｍｏｓｆｅｔ導(dǎo)通，ｃ１兩端電壓迅速充電到５．６ｖ，ｍｏｓｆｅｔ反復(fù)循環(huán)開關(guān)工作。ｍｏｓｆｅｔ的導(dǎo)通時(shí)間由ｖｒ５的斜率決定。同樣，ｍｏｓｆｅｔ的關(guān)斷時(shí)間由ｃ１和恒流放電電路決定。關(guān)斷時(shí)間由內(nèi)部恒流放電電路調(diào)整到約５０μｓ。

次級(jí)輸出電壓采用電壓型控制。輸出電壓通過光耦在ｒ４兩端產(chǎn)生反饋電壓ｖｒ４，反饋電壓與ｒ５兩端降壓ｖｒ５之和使比較器１翻轉(zhuǎn)。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，ｏｃｐ／ｆｂ腳電壓升高，從而使ｏｃｐ／ｆｂ腳電壓達(dá)到基準(zhǔn)電壓１（０．７３ｖ）的時(shí)間縮短，并使ｍｏｓｆｅｔ的導(dǎo)通寬度變窄，以減少反激變壓器存儲(chǔ)的能量使輸出電壓降低。

３．２ 過流保護(hù)及正反饋補(bǔ)償

過流保護(hù)電路通過檢測(cè)ｍｏｓｆｅｔ源極和ｇｎｄ之間串聯(lián)電阻ｒ５兩端的電壓，可檢測(cè)ｍｏｓｆｅｔ的漏極電流，該檢測(cè)信號(hào)和ｖｒ４之和將反饋到ｏｃｐ／ｆｂ腳并與基準(zhǔn)電壓１（０．７３ｖ）比較，以實(shí)現(xiàn)限流功能。

過流保護(hù)電路動(dòng)作時(shí)，輸出過流使輸出電壓下降，同時(shí)輔助繞組的電壓也相應(yīng)下降，當(dāng)ｖｃｃ降到ｕｖｌｏ門限電壓以下時(shí)，控制器停止工作。輸出電流持續(xù)下降，ｖｃｃ電壓因啟動(dòng)電路工作而升到啟動(dòng)電壓，從而使電路間歇性工作。

當(dāng)交流輸入電壓較高時(shí)，漏極電流較小，此時(shí)達(dá)到過流保護(hù)時(shí)的輸出功率值將大于低壓輸入時(shí)的輸出功率值。而加入由兩個(gè)電阻和一個(gè)穩(wěn)壓管組成的正反饋補(bǔ)償電路后（如圖４所示），在交流輸入電壓較高時(shí)，其總輸出功率變化不大。

加入正反饋補(bǔ)償后，當(dāng)輸入交流電壓較高時(shí)，輔助電源在ｏｃｐ／ｆｂ腳產(chǎn)生的偏置電壓會(huì)降低ｍｏｓ-ｆｅｔ漏極的平均電流。這樣，由于漏極電流減小，初級(jí)繞組漏感引起的反電壓降低，ｍｏｓｆｅｔ兩端承受的電壓減小，同時(shí)也降低了電感電流。因此，加入正反饋補(bǔ)償電路后，輸出功率會(huì)被控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，同時(shí)，次級(jí)側(cè)元件承受的應(yīng)力也不會(huì)過大。

３．３ 準(zhǔn)諧振電路分析

圖５給出了各點(diǎn)的波形圖。圖中，諧振電容ｃ３接在ｍｏｓｆｅｔ的漏極和源極之間，它和變壓器的初級(jí)電感構(gòu)成了諧振電路。輔助繞組和ｏｃｐ／ｆｂ腳之間加入ｃ４、ｄ３、ｄ４、ｒ５組成的延遲電路，可在ｍｏｓ-ｆｅｔ關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生準(zhǔn)諧振信號(hào)，并通過比較器１和２使電路工作在準(zhǔn)諧振狀態(tài)。

變壓器能量傳送給次級(jí)繞組后，延遲電路使準(zhǔn)諧振信號(hào)仍維持在ｏｃｐ／ｆｂ腳，而不是立即降落，這是因?yàn)椋悖?、ｃ５通過有源低通濾波器和電阻ｒ６、ｒ７放電所致。經(jīng)過一段延遲時(shí)間后，ｏｃｐ／ｆｂ腳電壓下降到基準(zhǔn)電壓１以下。調(diào)整ｃ４并監(jiān)測(cè)電壓波形，當(dāng)ｍｏｓｆｅｔ的漏源電壓達(dá)到最低時(shí)，電路將產(chǎn)生諧振信號(hào)使ｍｏｓｆｅｔ開通。延遲時(shí)間由ｃ４、ｃ５的放電時(shí)間決定，不加ｃ４時(shí)，延遲時(shí)間較短。由于加在ｏｃｐ／ｆｂ腳的最高電壓為６ｖ，所以準(zhǔn)諧振信號(hào)的幅值不能超過６ｖ。

３．４ 鎖定電路

過壓保護(hù)電路和過熱關(guān)斷電路動(dòng)作時(shí)，鎖定電路使振蕩器輸出低電平，從而使電源電路停止工作。當(dāng)ｖｃｃ為８．５ｖ時(shí)，鎖定電路的最大維持電流為４００μａ。低溫時(shí)，經(jīng)啟動(dòng)電阻流進(jìn)ｖｃｃ腳的維持電流需要５００μａ。為了避免噪音等因素引起誤動(dòng)作，鎖定定時(shí)器將產(chǎn)生一個(gè)延遲時(shí)間，當(dāng)ｏｖｐ或ｔｓｄ電路持續(xù)工作８μｓ或更長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，鎖定電路才開始動(dòng)作。當(dāng)鎖定電路動(dòng)作后，穩(wěn)壓器仍工作。由于通過啟動(dòng)電阻供給控制器的電流會(huì)超過５００μａ，從而使啟動(dòng)電阻的壓降增大，所以ｖｃｃ電壓下降。當(dāng)ｖｃｃ電壓下降到ｕｖｌｏ－門限電壓１０ｖ以下時(shí)，穩(wěn)壓器停止工作。當(dāng)電路電流低于４００μａ時(shí)，電壓ｖｃｃ開始上升。當(dāng)電壓ｖｃｃ上升到ｕｖｌｏ＋啟動(dòng)電壓（１６ｖ）時(shí)，穩(wěn)壓器又開始工作，控制器的電流再次增加，電壓ｖｃｃ則再一次下降。

鎖定電路工作時(shí)，電壓ｖｃｃ會(huì)在１０ｖ～１６ｖ范圍內(nèi)波動(dòng)，如圖６所示。而要使鎖定電路復(fù)位，必須切斷輸入電源。

３．５ 過壓保護(hù)電路

當(dāng)控制器輸入電壓ｖｉｎ超過２２．５ｖ時(shí)，過壓保護(hù)電路將動(dòng)作?？刂破鬏斎腚妷海觯椋钣勺儔浩鞯妮o助繞組提供，該電壓與輸出電壓成正比。當(dāng)次級(jí)電壓反饋電路開路或其它原因引起次級(jí)過電壓時(shí)，過壓保護(hù)電路也會(huì)啟動(dòng)。過壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)，次級(jí)輸出電壓可由下式計(jì)算：
ｖｏｕｔ＝（額定輸出電壓／ｖｃｃ正常工作電壓）×２２．５ｖ

４ 結(jié)語(yǔ)

以ｉｒｉｓ４０１５為核心的電源變換器具有成本低、外圍電路簡(jiǎn)單、保護(hù)電路完善等優(yōu)點(diǎn)。且在空載時(shí)，電路工作電流很低（１００μａ）。由于該控制芯片的待機(jī)功耗僅約０．８ｗ，因而十分適用于各種對(duì)待機(jī)功耗要求比較嚴(yán)格的電器設(shè)備。