TEA1501備用電源控制IC及其應(yīng)用

　1. 引言

　　很多電器設(shè)備在不使用時(shí)，仍繼續(xù)耗電。如電視機(jī)在待機(jī)狀態(tài)通過(guò)遙控器能使其啟動(dòng)，但在待機(jī)狀態(tài)需要消耗能量；又如某些電器在空載狀態(tài)下，只要將其插入電源插座中就耗電。單一設(shè)備的耗電量微不足道，但千家萬(wàn)戶的家電日積月累，耗電量就相當(dāng)可觀。據(jù)報(bào)道，美國(guó)家用電器待機(jī)狀態(tài)的用電費(fèi)用每年超過(guò)10億美元。德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境局調(diào)查顯示，備用電源的耗電量占電費(fèi)的10％，電能消耗達(dá)200億kWh，超過(guò)柏林全市全年的用電量總和。由此可見(jiàn)，降低開(kāi)關(guān)電源待機(jī)時(shí)的功耗，是一項(xiàng)具有重要意義的節(jié)能措施。

　　2. TEA1501的組成及特點(diǎn)

　　TEA1501采用8腳DIP封裝，其中第7腳未用，引腳圖如圖1所示。TEA1501主要由電源電路、啟動(dòng)電流源、參考單元、開(kāi)/關(guān)數(shù)據(jù)單元、超溫與過(guò)壓保護(hù)電路、調(diào)制器、開(kāi)關(guān)振蕩器、猝發(fā)脈沖串振蕩器、計(jì)數(shù)器、柵極驅(qū)動(dòng)器、功率開(kāi)關(guān)、初級(jí)電流比較器、電源電流跟蹤電路和前沿消隱電路組成，如圖2所示。

　　TEA1501的引腳功能如表1所列。

　　TEA1501的主要特點(diǎn)如下：

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　　●在90～276VAC輸入電壓下離線工作；

　　●外部元件少，電路簡(jiǎn)單；

　　●為在0.25s內(nèi)快速啟動(dòng)，內(nèi)部集成了高壓?jiǎn)?dòng)電流源；

　　●內(nèi)部含有650V、0.25A功率開(kāi)關(guān)MOSFET；

　　●SMPS的初級(jí)峰值電流可編程調(diào)節(jié)；

　　●開(kāi)/關(guān)功能替代昂貴的主開(kāi)關(guān)。

　　●在關(guān)斷狀態(tài)下，電流典型值約40μA；
●輸出功率范圍從0.1～3W；

　　●初級(jí)峰值電流逐周控制；

　　●過(guò)電壓保護(hù)(OVP)；

　　●欠電壓閉鎖(UVLO)；

　　●過(guò)熱保護(hù)(芯片關(guān)斷點(diǎn)溫度為140℃)。

　　3. TEA1501功能簡(jiǎn)述

　　TEA1501內(nèi)含高壓功率開(kāi)關(guān)(MOSFET)、高壓?jiǎn)?dòng)電流源和低壓控制電路，只需外接少量的元件，就可組成低功率隔離式開(kāi)關(guān)電源，如圖3所示。TEA1501工作于猝發(fā)(burst，即脈沖串)方式，在每個(gè)猝發(fā)周期內(nèi)，輸出電壓被調(diào)整到所要求的數(shù)值。

　　3.1 開(kāi)/關(guān)

　　TEA1501通過(guò)低壓開(kāi)關(guān)開(kāi)通和關(guān)斷，在關(guān)斷狀態(tài)下，IC內(nèi)啟動(dòng)電流源和功率開(kāi)關(guān)將關(guān)斷。在開(kāi)通狀態(tài)下，TEA1501為電源電容提供啟動(dòng)電流。當(dāng)電源電壓達(dá)到啟動(dòng)電平(16V)后，功率開(kāi)關(guān)(MOSFET)被觸發(fā)。

　　3.2 啟動(dòng)

　　TEA1501利用精密啟動(dòng)電流源啟動(dòng)。啟動(dòng)電流從Drn腳經(jīng)啟動(dòng)電流源流向Vaux腳，對(duì)Vaux腳上的電容充電。當(dāng)Vaux腳電壓達(dá)到啟動(dòng)門限后，啟動(dòng)電流被關(guān)斷，反激變換器開(kāi)始工作。該IC啟動(dòng)之后，電流源的功耗為零。IC中功率開(kāi)關(guān)啟動(dòng)后，反激變換器通過(guò)輔助繞組對(duì)Vaux電容充電。

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　　3.3 系統(tǒng)工作

　　反激變換器開(kāi)始運(yùn)行后，次級(jí)繞組Ns和輔助繞組Na得到能量，TEA1501以固定頻率和不變的峰值電流工作。變壓器各個(gè)繞組的磁通量變化相同，次級(jí)繞組和輔助繞組的電壓與其匝數(shù)比(Ns/Na)有關(guān)。次級(jí)電壓由輔助繞組的電壓控制。IC猝發(fā)工作模式通過(guò)高頻開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，直到Vaux電壓達(dá)到20V。當(dāng)猝發(fā)振蕩結(jié)束時(shí)，TEA1501停止開(kāi)關(guān)。下一個(gè)猝發(fā)振蕩周期開(kāi)始后，IC又開(kāi)始開(kāi)關(guān)，重復(fù)新的周期。猝發(fā)振蕩器產(chǎn)生三角波信號(hào)，振蕩頻率由CBT和RRef數(shù)值決定。TEA1501對(duì)次邊負(fù)載發(fā)送恒定電壓，直到猝發(fā)占空比為40％。TEA1501在關(guān)斷、啟動(dòng)和工作狀態(tài)下的相關(guān)波形如圖4所示。

3.4 數(shù)據(jù)傳輸

　　TEA1501具有數(shù)據(jù)傳輸功能。從變壓器次級(jí)到初級(jí)不需要光耦合器，增加次級(jí)負(fù)載即可實(shí)現(xiàn)數(shù)傳輸。傳送到變壓器次級(jí)和輔助繞組的功率與每個(gè)猝發(fā)周期內(nèi)的初級(jí)電流脈沖數(shù)成正比。在每個(gè)猝發(fā)振蕩周期內(nèi)，初級(jí)電流脈沖數(shù)被門限(Ndata)為56個(gè)脈沖的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。在Ndata門限被通過(guò)時(shí)，OOD腳上的箝位電壓從數(shù)據(jù)關(guān)閉電平被調(diào)節(jié)到數(shù)據(jù)開(kāi)通電平。數(shù)據(jù)開(kāi)通箝位電平可通過(guò)IC控制的主電源開(kāi)/關(guān)輸入檢測(cè)，并一直持續(xù)到脈沖數(shù)低于Ndata門限以下及猝發(fā)脈沖串出現(xiàn)為止。

　　4. TEA1501的典型應(yīng)用

　　TEA1501既可用作獨(dú)立的小功率開(kāi)關(guān)電源控制器，也可為主開(kāi)關(guān)電源作備用電源控制器。用TEA1501作備用電源控制器的開(kāi)關(guān)電源實(shí)際電路如圖5所示。

　　開(kāi)關(guān)S1、S2在不同狀態(tài)下的工作狀態(tài)如表2所列。

　　當(dāng)開(kāi)關(guān)S1閉合接通，TEA1501處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，LED電源指示燈亮。微處理器控制S2的狀態(tài)。當(dāng)電源在待機(jī)狀態(tài)時(shí)，S2打開(kāi)。TEA1501的OOD腳電平被1.3V的數(shù)據(jù)關(guān)斷電平箝位，低于TEA1504的開(kāi)/關(guān)電平(2.5V)，TEA1504關(guān)斷。當(dāng)開(kāi)關(guān)S2接通時(shí)，TEA1501的輸出功率增加，使TEA1504啟動(dòng)，電源進(jìn)入正常工作模式。

　　在TEA1501控制的備用電源中，變壓器初級(jí)峰值電流主要由Src腳上的傳感電阻Rscr決定。Drn腳最大電流是0.25A，Rsrc最小值是2Ω。TEA1501的開(kāi)關(guān)振蕩器頻率主要由參考電阻RRef決定。RRef取值范圍為24～62kΩ，fSW為20～50kHz。Bt腳外接電容CBt的最小值為3300pF，當(dāng)fSW=50kHz時(shí)，猝發(fā)振蕩器頻率fburst=450Hz。開(kāi)關(guān)振蕩常數(shù)KSW=0.67～1.00μs/kΩ(典型值為0.82μs/kΩ)，最大開(kāi)關(guān)占空比Dmax=0.6～0.72(典型值為0.66)。猝發(fā)振蕩器振蕩因數(shù)Kburst=7.0～8.1(典型值為7.5)。