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TEA1504开关电源低功耗控制IC

开关电源TEA1504脉宽调制低功耗
         
       开关电源以其供电效率高,稳压范围大,体积小被越来越多的电子电器设备所采用,在大屏幕电视机、监视器、计算机等电器的待机或备用(stand-by)状态会继续耗电,为此,Philips公司采用BiCOMS工艺开发出了被之为GreenChipTM(绿色芯片)的高压开关电源控制芯片。该类集成芯片(IC)的稳压范围为90~276V(AC),能将开关电源待机功耗降至2W以下,其本身的待机损耗小于100mW,并具有快速和高效的片内启动电流源;在负载功率较低时,它还能自动转换到低频工作模式,从而降低了开关电源的损耗。高水平的集成技术使IC的外围元件大大减少,以实现开关电源的小型化、高效率和高可靠性。本文介绍的TEA1504是GreenChipTM系列IC中的重要成员之一。
                   2TEA1504的工作原理
         
      TEA1504采用14脚双列直插式(DIP14)塑料封装,它的引脚功能如表1所列,内部原理框图如图1所示。该IC内部集模拟电路和数字电路于一体。它除含有误差放大器、振荡器、脉宽调器(PWM)、锯齿波发生器等一般开关电源控制IC的单元电路外,还集成了高压启动电流源、独特的开、关功能电路和猝发待机(burstmodestand-by)电路。TEA1504具有三种工作模式,即:正常开/关工作模式、猝发待机模式和轻负载功率低频模式。通过灵活设置工作模式可大大提高开关电源的工作效率。
                  
      功能Vi1高压启动电流源输入DRIVER4驱动信号输出,接功能MOSFET管的栅极Isense5电流取样输入,连接到电流取样电阻Vaux6IC电源端,连接到辅助电源滤波电容DS7IC内部驱动电路电源,可与6端共用电源REF8参考输入,连接到参考电阻,于设置内部参考电流CTRL9振荡周期和脉冲占空比控制GND11地DEM13消磁信号输入端OOB14猝发待机模式,开/关工作模式控制信号输入端n.c.其它未连
          2.1内部启动电流源和电源Vaux管理
         
      TEA1504内部设计有先进的启动电流源,因而无需外加高耗能的连续充电电路。启动电流源由外部主电压从Vi端(pin1)输入,可为IC的电源电容Caux提供充电电流,同时也为IC的内部控制电路提供工作电流。当Vaux端的电源电容被充电到11V时,振荡器开始起振,IC输出脉宽调制信号(PWM)来驱动功率MOSFET管,从而使开关变压器的次级随之输出直流电压Vo。Caux上的电压在启动时有一次充放电的过程,启动时由启动电流源对Caux充电。当Caux上的电压上升到11V时,电路将产生振荡并输出PWM波。同时Caux上的电压开始下降,当该电压下降到下限门限值8.05V时(UVLO),开关变压器输出电压,从而使Caux被辅助绕组重新充电到11V。TEA1504的正常启动波形如图2(a)所示。
         
      另外,启动电流源还能帮助实现系统故障状态下的安全再启动或“打嗝”工作模式。一般在故障状态下,IC将停止正常工作模式。因为当IC检测到输出故障状态时,会立即封锁驱动脉冲输出,而使Caux无法得到补充充电,从而使其电压随之下降,一旦Caux上的下降到电压下限锁定值,启动电流源将重新被激活,并将Caux充电到11V,系统又开始进入安全再起动模式,如此往复循环。而在“打嗝”工作模式(其工作波形如图2(b)所示),为了达到安全的“打嗝”工作模式,在安全再启动模式下,Caux的充电电流Irestart应为0.53mA,而正常工作模式下的充电电流Istart为1mA,因而可确保在输出短路情况下系统元件不致损坏。IC内带温度补偿的2.5V基准电压在经REF脚(pin8)外接参考电阻RREF后可产生一个不受温度影响的偏置电流IREF,但应注意:RREF的取值会影响到振荡频率。
                  2.2脉宽调制器(PWM)与振荡器
         
      TEA1504使用独特的电压反馈结构。它的初级电压反馈信号通过RDEM从DEM端(pin13)输入,采样与保持电路通过流入DEM端的采样电流来工作,采样电流的大小与RDEM上的电压有关。次级采样电流的大小被储存在CTRL脚的外接电容CCTRL上,并由它给PWM调制器设定驱动脉冲的占空比。在次级反馈电路中,反馈电压一般通过光耦合器提供。
         
      PWM单元由一个反相误差放大器和比较器组成,它输出的PWM波的占空比与CTR端(pin9)的控制电压成反比。来自振荡器的信号通过触发器送到功率MOSFET的驱动级可使MOSFET管开通,而来自脉宽调制器的信号或占空比限制电路信号,则可使MOSFET关断。当PWM输出波形不稳时,触发器将停止输出PWM波形。PWM波形的最大占空比为80%。
         
      在脉宽调制电路中,将振荡器输出的锯齿波电压与误差放大器的输出进行比较,可调整PWM波形的占空比。振荡器被全部集成在IC内,通过内部电容的充、放电产生锯齿波,锯齿波的斜坡段占整个振荡周期的80%,所以IC输出波形的最大占空比为80%。改变外部参考电阻RREF的电阻值(RREF可在16.9kΩ~33.2kΩ之间选择)可使振荡频率在50~100kHz之间改变。IC内部有一个频率控制单元,它能根据输出负载的轻重自动使振荡器工作于低频或高频状态。当开关电源的输出功率小于最大输出功率的1/9时,TEA1504将转换到低频工作模式,低频与高频工作模式的频率比为1:2.5。低频工作可减小开关电源的开关损耗,而且在转换时不会影响到输出电压的调节。
         
      TEA1504输出的驱动脉冲正向电流可达120mA,反向脉冲电流可达550mA。它允许快速开通和关断功率MOSFET管。选择较低的正向脉冲,是为了限制MOSFET管开通时的dV/dt(电压上升率),以降低电路的电磁干扰(EMI),同时减少通过电阻Rsense的电流
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