利用高性能PWM控制器芯片SE3910構(gòu)建AC/DC轉(zhuǎn)換器解決方案

目前，在100W以下電源方案中，一般都使用脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制芯片來實(shí)現(xiàn)PWM的調(diào)制，開關(guān)控制模式相對直流工作模式有很高的工作效率，使用反激離線工作模式，提高了系統(tǒng)工作的安全性，非常適合應(yīng)用在便攜式充電設(shè)備及電源適配器，比如，手機(jī)充電器，電源適配器等，因此，AC/DC PWM開關(guān)電源芯片在市場上的需求量非常大。不過傳統(tǒng)的AC/DC電源方案都是使用變壓器次級(jí)線圈反饋模式（SSR）,變壓器次級(jí)反饋工作模式都需要低壓端的恒壓－恒流控制芯片協(xié)助完成電壓的轉(zhuǎn)換和實(shí)現(xiàn)恒流，此類應(yīng)用方案增加了系統(tǒng)應(yīng)用復(fù)雜程度，同時(shí)還增加系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)成本，本文要介紹的AC/DC電源控制芯片是思旺電子的SE3910，這是一款變壓器原邊線圈反饋模式（PSR）的PWM控制芯片。

　　SE3910技術(shù)特點(diǎn)

　　SE3910是一款綠色模式PWM控制器芯片,適用于小功率AC/DC充電器,適配器及LED驅(qū)動(dòng)方案；該芯片為SOP－8封裝，PWM模式工作時(shí)開關(guān)頻率固定在40KHz,其內(nèi)部集成了恒壓恒流控制模塊，應(yīng)用方案使用PSR模式，省略了傳統(tǒng)方案中的光耦合器、恒壓/恒流控制芯片及其周圍電路，大大簡化了芯片的應(yīng)用成本，降低了系統(tǒng)應(yīng)用的復(fù)雜度。

　　芯片設(shè)計(jì)時(shí)特別考慮了EMI，對開關(guān)頻率模塊特別設(shè)計(jì)有頻率抖動(dòng)功能，每3.2ms的周期內(nèi)按所設(shè)計(jì)的順序出現(xiàn)8種不同的開關(guān)頻率，將電磁干擾頻譜轉(zhuǎn)移到一個(gè)相對較寬的頻率帶寬，從而達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)EMI的目的。

　　同時(shí)SE3910的工作狀態(tài)使用多模式調(diào)節(jié)功能，在空載或輕負(fù)載時(shí)，芯片會(huì)自動(dòng)進(jìn)入PFM工作模式，保證電源系統(tǒng)輸入能量和輸出能量精確守恒，防止了輕載或空載時(shí)能量過大，當(dāng)負(fù)載升高到芯片所設(shè)置的重載設(shè)計(jì)值時(shí)，芯片會(huì)控制系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入PWM工作模式，大幅度的優(yōu)化了系統(tǒng)的工作效率，使系統(tǒng)效率能夠達(dá)到80%以上，也減小了空載和輕載工作狀態(tài)下的輸出紋波。

　　芯片設(shè)計(jì)有軟啟動(dòng)功能，很好的抑制了系統(tǒng)上電時(shí)的大電流，保護(hù)了電路板的損壞，減小了系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的大電流對系統(tǒng)功耗的影響；芯片還具有電源欠壓保護(hù)功能，LEB功能、過溫度保護(hù)功能等，最大程度的提高了芯片工作時(shí)的可靠性和安全性；芯片適合應(yīng)用在5W及5W以下的電源方案中。

　　典型應(yīng)用方案

　　SE3910能廣泛應(yīng)用在各種低功率AC/DC開關(guān)電源方案中，比如手機(jī)充電器，電源適配器等，除此之外，由于芯片集成有恒流功能，所以也可廣泛應(yīng)用在小功率LED驅(qū)動(dòng)方案中。

　　圖1是SE3910基本的應(yīng)用電路，其中由變壓器/輸出級(jí)/R3/R4/SE3910等組成負(fù)反饋通路，通過調(diào)整GATE端的開關(guān)信號(hào)占空比來控制變壓器的轉(zhuǎn)換能量，使系統(tǒng)穩(wěn)定在設(shè)置的工作狀態(tài)。交流電壓先經(jīng)過一個(gè)橋式整流電路將交流轉(zhuǎn)換成高壓直流信號(hào)，R1和C2組成系統(tǒng)啟動(dòng)電路，VIN是SE3910的啟動(dòng)PIN，COMV PIN上的R5、C6和C7組成系統(tǒng)補(bǔ)償電路，確保系統(tǒng)具有穩(wěn)定的頻率響應(yīng)，F(xiàn)B是輸出電壓檢測PIN，通過設(shè)置R3/R4就可以調(diào)整變壓器副邊上的電壓，根據(jù)變壓器電壓比與匝數(shù)比成正比的原理，來實(shí)現(xiàn)對直流輸出電壓的調(diào)整；GATE是PWM輸出PIN，它用來控制功率管13003來實(shí)現(xiàn)控制變壓器原邊的峰值電流，來達(dá)到對變壓器轉(zhuǎn)換能量的控制，CS PIN用來檢測變壓器峰值電流，當(dāng)系統(tǒng)工作在恒流模式時(shí)，CS PIN上的電壓會(huì)被固定在設(shè)置的最大值，也就確定了變壓器原邊最大峰值電流，從而實(shí)現(xiàn)輸出也恒流，通過調(diào)整R6電阻就可以靈活調(diào)整輸出恒流值。

　　圖2是目前比較流行的SE3910應(yīng)用方案實(shí)例，一個(gè)是充電器方案，另一個(gè)是LED驅(qū)動(dòng)方案。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的關(guān)鍵點(diǎn)在于輸出恒壓和恒流值設(shè)計(jì)。

　　輸出恒壓值的設(shè)計(jì)：

　　系統(tǒng)的恒壓實(shí)現(xiàn)原理是通過SE3910內(nèi)的運(yùn)算放大器將由變壓器負(fù)反饋的的輸出電壓信號(hào)在芯片F(xiàn)B PIN上的采樣值穩(wěn)定在芯片所設(shè)置的ref的恒定值，ref 是芯片內(nèi)部一個(gè)帶隙基準(zhǔn)源模塊所輸出的恒定電壓為1.5V，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

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　　輸出恒流值設(shè)計(jì)：

　　系統(tǒng)的恒流設(shè)計(jì)原理是通過設(shè)置Primary Side的峰值電流為恒定值，芯片的CS pin在恒流工作模式時(shí)，會(huì)被固定在最大值0.8V，0.8V除以R6的值就能將變壓器的原邊最大峰值電流設(shè)置在要求值，變壓器兩邊之間的電流比等于匝數(shù)的反比，再乘以反激時(shí)的占空比就能得到一個(gè)恒定的輸出電流。

　　在選擇上述參數(shù)時(shí)需要電阻R3、R4、R6和變壓器的匝數(shù)比的精度要高，這些參數(shù)直接影響輸出恒壓和恒流的精度，其它器件基本上比較通用，只需要按照廠家提供的參數(shù)就可以。

　　系統(tǒng)特點(diǎn)：

　　采用變壓器原變反饋模式（PSR），省略了傳統(tǒng)方案中外圍的光耦合器、恒壓恒流控制芯片及周圍器件，大幅度降低了系統(tǒng)成本；芯片能多模式工作，確保系統(tǒng)達(dá)到了較高的工作效率；小于50uA的系統(tǒng)啟動(dòng)電流；能達(dá)到較精確的恒壓和恒流值；輸出有短路保護(hù)；小的待機(jī)功耗（Standby Power）；寬泛的交流電壓供電范圍（85V~275V）。

　　基于SE3910所設(shè)計(jì)的開關(guān)電源方案，一般只適用輸出在5W及5W以下方案，主要是當(dāng)輸出功率較大時(shí)，變壓器會(huì)工作在連續(xù)工作模式（CCM），導(dǎo)致系統(tǒng)效率會(huì)下降，輸出恒流精度會(huì)變差。

　　本文小結(jié)

　　隨著便攜式電子設(shè)備越來越流行，便于攜帶的充電器、適配器等相關(guān)配件也會(huì)越來越受消費(fèi)者青睞，未來電源方案勢必會(huì)向低成本、易攜帶、高性能、高可靠性的方向發(fā)展。高性能PWM控制器芯片SE3910正是順應(yīng)此趨勢，使用該芯片可以構(gòu)建使用很少外部元件并在寬的交流電壓輸入范圍內(nèi)保持高性能的AC/DC轉(zhuǎn)換器解決方案。