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準諧振軟開關控制器IRIS4015的設計及應用

    關鍵詞：準諧振；軟開關；反激變換器；IRIS4015

１ 概述

ＩＲＩＳ４０１５是將ＭＯＳＦＥＴ和開關電源控制器封裝在一起的組合集成電路，主要應用于反激式準諧振變換器。該器件采用５腳ＳＩＰ或ＳＭＤ封裝，適用于各類高低壓開關電源。該器件的靜態(tài)工作電流很低（１００μＡ），具有內(nèi)部軟啟動、溫度補償?shù)闹鹈}沖過流保護�煟希茫校�、過壓鎖定保護（ＯＶＰ）和過熱關斷保護（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 應用電路工作原理

ＩＲＩＳ４０１５在反激電源中的典型應用電路如圖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關斷時間的脈沖信號。振蕩器的工作過程如圖３所示。當ＭＯＳＦＥＴ開通時，內(nèi)部５．６Ｖ恒壓源對電容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，以實現(xiàn)初級電流控制。當ＯＣＰ／ＦＢ腳電壓達到基準１（０．７３Ｖ）時，比較器１翻轉(zhuǎn)，ＭＯＳＦＥＴ關斷，Ｃ１結(jié)束充電，并開始恒流放電。當Ｃ１兩端電壓下降到基準２（１．２Ｖ）時，振蕩器輸出再次反相，ＭＯＳＦＥＴ導通，Ｃ１兩端電壓迅速充電到５．６Ｖ，ＭＯＳＦＥＴ反復循環(huán)開關工作。ＭＯＳＦＥＴ的導通時間由ＶＲ５的斜率決定。同樣，ＭＯＳＦＥＴ的關斷時間由Ｃ１和恒流放電電路決定。關斷時間由內(nèi)部恒流放電電路調(diào)整到約５０μｓ。

圖2

    次級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)。當輸出電壓升高時，ＯＣＰ／ＦＢ腳電壓升高，從而使ＯＣＰ／ＦＢ腳電壓達到基準電壓１（０．７３Ｖ）的時間縮短，并使ＭＯＳＦＥＴ的導通寬度變窄，以減少反激變壓器存儲的能量使輸出電壓降低。

３．２ 過流保護及正反饋補償

過流保護電路通過檢測ＭＯＳＦＥＴ源極和ＧＮＤ之間串聯(lián)電阻Ｒ５兩端的電壓，可檢測ＭＯＳＦＥＴ的漏極電流，該檢測信號和ＶＲ４之和將反饋到ＯＣＰ／ＦＢ腳并與基準電壓１（０．７３Ｖ）比較，以實現(xiàn)限流功能。

圖3

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

當交流輸入電壓較高時，漏極電流較小，此時達到過流保護時的輸出功率值將大于低壓輸入時的輸出功率值。而加入由兩個電阻和一個穩(wěn)壓管組成的正反饋補償電路后（如圖４所示），在交流輸入電壓較高時，其總輸出功率變化不大。

加入正反饋補償后，當輸入交流電壓較高時，輔助電源在ＯＣＰ／ＦＢ腳產(chǎn)生的偏置電壓會降低ＭＯＳ-ＦＥＴ漏極的平均電流。這樣，由于漏極電流減小，初級繞組漏感引起的反電壓降低，ＭＯＳＦＥＴ兩端承受的電壓減小，同時也降低了電感電流。因此，加入正反饋補償電路后，輸出功率會被控制在適當?shù)姆秶鷥?nèi)，同時，次級側(cè)元件承受的應力也不會過大。

３．３ 準諧振電路分析

圖５給出了各點的波形圖。圖中，諧振電容Ｃ３接在ＭＯＳＦＥＴ的漏極和源極之間，它和變壓器的初級電感構成了諧振電路。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關斷時產(chǎn)生準諧振信號，并通過比較器１和２使電路工作在準諧振狀態(tài)。

變壓器能量傳送給次級繞組后，延遲電路使準諧振信號仍維持在ＯＣＰ／ＦＢ腳，而不是立即降落，這是因為Ｃ４、Ｃ５通過有源低通濾波器和電阻Ｒ６、Ｒ７放電所致。經(jīng)過一段延遲時間后，ＯＣＰ／ＦＢ腳電壓下降到基準電壓１以下。調(diào)整Ｃ４并監(jiān)測電壓波形，當ＭＯＳＦＥＴ的漏源電壓達到時，電路將產(chǎn)生諧振信號使ＭＯＳＦＥＴ開通。延遲時間由Ｃ４、Ｃ５的放電時間決定，不加Ｃ４時，延遲時間較短。由于加在ＯＣＰ／ＦＢ腳的最高電壓為６Ｖ，所以準諧振信號的幅值不能超過６Ｖ。

３．４ 鎖定電路

過壓保護電路和過熱關斷電路動作時，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Ｖｃｃ為８．５Ｖ時，鎖定電路的最大維持電流為４００μＡ。低溫時，經(jīng)啟動電阻流進Ｖｃｃ腳的維持電流需要５００μＡ。為了避免噪音等因素引起誤動作，鎖定定時器將產(chǎn)生一個延遲時間，當ＯＶＰ或ＴＳＤ電路持續(xù)工作８μｓ或更長時間時，鎖定電路才開始動作。當鎖定電路動作后，穩(wěn)壓器仍工作。由于通過啟動電阻供給控制器的電流會超過５００μＡ，從而使啟動電阻的壓降增大，所以Ｖｃｃ電壓下降。當Ｖｃｃ電壓下降到ＵＶＬＯ－門限電壓�煟保埃郑犚韵聲r，穩(wěn)壓器停止工作。當電路電流低于４００μＡ時，電壓Ｖｃｃ開始上升。當電壓Ｖｃｃ上升到ＵＶＬＯ＋啟動電壓（１６Ｖ）時，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。

圖5

    鎖定電路工作時，電壓Ｖｃｃ會在１０Ｖ～１６Ｖ范圍內(nèi)波動，如圖６所示。而要使鎖定電路復位，必須切斷輸入電源。

３．５ 過壓保護電路

當控制器輸入電壓Ｖｉｎ超過２２．５Ｖ時，過壓保護電路將動作�？刂破鬏斎腚妷海郑椋钣勺儔浩鞯妮o助繞組提供，該電壓與輸出電壓成正比。當次級電壓反饋電路開路或其它原因引起次級過電壓時，過壓保護電路也會啟動。過壓保護動作時，次級輸出電壓可由下式計算：

Ｖｏｕｔ＝（額定輸出電壓／Ｖｃｃ正常工作電壓）×２２．５Ｖ

４ 結(jié)語

以ＩＲＩＳ４０１５為核心的電源變換器具有成本低、外圍電路簡單、保護電路完善等優(yōu)點。且在空載時，電路工作電流很低（１００μＡ）。由于該控制芯片的待機功耗僅約０．８Ｗ，因而十分適用于各種對待機功耗要求比較嚴格的電器設備。