原邊反饋AC/DC控制芯片中的關(guān)鍵技術(shù)

原邊反饋方式的AC/DC控制技術(shù)是最近10年間發(fā)展起來的新型AC/DC控制技術(shù)，與傳統(tǒng)的副邊反饋的光耦加431的結(jié)構(gòu)相比，其最大的優(yōu)勢在于省去了這兩個芯片以及與之配合工作的一組元器件，這樣就節(jié)省了系統(tǒng)板上的空間，降低了成本并且提高了系統(tǒng)的可靠性。在手機充電器等成本壓力較大的市場，以及LED驅(qū)動等對體積要求很高的市場具有廣闊的應(yīng)用前景。

在省去了這些元器件之后，為了實現(xiàn)高精度的恒流/恒壓（CC/CV）特性，必然要采用新的技術(shù)來監(jiān)控負載、電源和溫度的實時變化以及元器件的同批次容差，這就涉及到初級（原邊）調(diào)節(jié)技術(shù)、變壓器容差補償、線纜補償和EMI優(yōu)化技術(shù)。

初級調(diào)節(jié)的原理是通過精確采樣輔助繞組（NAUX）的電壓變化來檢測負載變化的信息。當控制器將MOS管打開時，變壓器初級繞組電流ip從0線性上升到ipeak，公式為

。此時能量存儲在初級繞組中，當控制器將MOS管關(guān)斷后，能量通過變壓器傳遞到次級繞組，并經(jīng)過整流濾波送到輸出端VO。在此期間，輸出電壓VO和二極管的正向電壓VF被反射到輔助繞組NAUX，輔助繞組NAUX上的電壓在去磁開始時刻可由公式

表示，其中VF是輸出整流二極管的正向?qū)▔航?，在去磁結(jié)束時刻可由公式

表示，由此可知，在去磁結(jié)束時間點，次級繞組輸出電壓與輔助繞組具有線性關(guān)系，只要采樣此點的輔助繞組的電壓，并形成由精確參考電壓箝位的誤差放大器的環(huán)路反饋，就可以穩(wěn)定輸出電壓VO。這時的輸出電流IO由公式

表示，其中VCS是CS腳上的電壓，其他參數(shù)意義如圖1所示。這是恒壓（CV）模式的工作原理。

當負載電流超過電流極限時，負載電流會被箝位在極限電流值，此時系統(tǒng)就進入恒流（CC）模式，這里對IO的公式需要加一個限定條件即

，即去磁時間與開關(guān)周期的比例保持一個常數(shù)，這樣在CC模式下的輸出電流公式變成了

，其中C1是一個小于0.5的常數(shù)，VCSLMT是CS引腳限壓極限值。

在使得去磁時間與開關(guān)周期的比例保持一個常數(shù)后，輸出的電壓和電流就都與變壓器的電感值無關(guān)了，因此在實用層面上降低了應(yīng)用方案對同批次電感感值一致性的要求，從而降低了大規(guī)模生產(chǎn)加工的成本。

與此同時，原邊反饋系統(tǒng)還會面臨線纜壓降的問題。因為系統(tǒng)不是直接采樣輸出端（次級繞組整流后）的電壓，而是通過采樣輔助繞組的去磁結(jié)束點的電壓來控制環(huán)路反饋的，因此，當輸出線較長或者線徑較細時，在負載線上會存在較大的內(nèi)阻（例如在充電器方案中）。在負載電流變化較大的情況下，輸出線的末端電壓也會有較大變化。在CV模式下，這種變化在某些場合是不能接受的，因此，原邊反饋驅(qū)動芯片還應(yīng)該提供對線纜壓降補償?shù)墓δ?，這個功能通常是通過在INV腳上拉一個小電流來實現(xiàn)的。通過預(yù)估補償值來調(diào)節(jié)連接在INV腳上的分壓電阻的總阻值（分壓比例不變），從而補償不同負載線型和負載大小帶來的線纜壓降，以維持CV曲線的水平性（如圖2中的CV曲線）。

此外，一款好的原邊反饋AC-DC控制器還應(yīng)該具備優(yōu)秀的EMI特性，對于傳導(dǎo)和輻射這兩方面的干擾都應(yīng)該盡可能降低，目前常見的做法是采用抖頻技術(shù)和驅(qū)動信號柔化技術(shù)。抖頻技術(shù)是指在開關(guān)頻率的基頻基礎(chǔ)上引入一個小幅度的頻率變化值，以此來降低在開關(guān)頻率點上的頻譜能量強度，優(yōu)化EMI特性。而驅(qū)動信號柔化技術(shù)則是指將驅(qū)動MOS管柵極的驅(qū)動信號的開啟沿（上升沿）變得比較平滑，以減小MOS管開啟瞬間的能量傳導(dǎo)和輻射，從而進一步優(yōu)化EMI特性。

芯聯(lián)半導(dǎo)體推出的CL1100就是一款具備初級（原邊）調(diào)節(jié)技術(shù)、變壓器容差補償、線纜補償和EMI優(yōu)化技術(shù)的原邊反饋AC-DC控制器，并且具有多種保護功能，例如軟啟動、逐周期的過流保護（OCP）、CS采樣端前沿消隱（LEB）、以及過壓保護（OVP）和欠壓保護（UVLO）。實測的CL1100的恒壓/恒流特性曲線如圖3所示，該芯片可將恒壓/恒流精度都控制在±3%之內(nèi)。

本文小結(jié)

隨著小功率隔離AC-DC應(yīng)用向更低成本和更小體積的趨勢發(fā)展，原邊反饋方式的AC-DC控制芯片應(yīng)運而生。為了滿足高精度的恒流和恒壓應(yīng)用要求，原邊反饋控制芯片采用了初級（原邊）調(diào)節(jié)技術(shù)、變壓器容差補償、線纜補償和EMI優(yōu)化技術(shù)。這些技術(shù)的采用保證了原邊反饋方式的AC-DC控制芯片對于應(yīng)用電源范圍，不同特性的負載以及元器件批次容差都具有了很強的適應(yīng)性，因而成為一種可以廣泛應(yīng)用于不同場合的控制技術(shù)。

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