具有低功耗待機和PFC功能的開關(guān)電源控制器

時間：2004-12-04 10:29:00

關(guān)鍵字： PFC 低功耗開關(guān)電源控制器電流

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[導讀]TDA16846-2和TDA16847-2是英飛凌公司生產(chǎn)的改進型開關(guān)電源(SMPS)控制器芯片。

摘要：TDA16846-2和TDA16847-2是英飛凌公司生產(chǎn)的改進型開關(guān)電源(SMPS)控制器芯片。文中介紹了其主要特點，重點介紹了基于TDA16846-2的彩電SMPS電路工作原理。

關(guān)鍵詞：SMPS；控制器；TDA168460-2/TDA16847；PFC

１概述

英飛凌(Ｉｎｆｉｎｅｏｎ)公司推出的ＴＤＡ１６８４６和ＴＤＡ１６８４７開關(guān)電源控制器自投放市場以來，在ＴＶ、ＶＣＲ、ＳＡＴ接收機及ＰＣ監(jiān)視器等ＳＭＰＳ中獲得了廣泛應用。目前對這兩種控制器進行了改進，并將改進和創(chuàng)新后的器件稱為２型或第二代產(chǎn)品，型號分別為ＴＤＡ１６８４６－２和ＴＤＡ１６８４７－２。

ＴＤＡ１６８４６－２／ＴＤＡ１６８４７－２是支持低功率待機和功率因數(shù)校正?ＰＦＣ?的ＳＭＰＳ控制器，可用于固定頻率ＰＦＣ或同步模式反激式變換器中，該產(chǎn)品既可以驅(qū)動功率ＭＯＳＦＥＴ，也可以驅(qū)動雙極型功率器件。ＴＤＡ１６８４６－２／ＴＤＡ１６８４７－２在輕載下具有低功耗性能，其開關(guān)頻率可以隨負載減輕而逐步降低。

２ＴＤＡ１６８４６－２／４７－２的結(jié)構(gòu)特點

ＴＤＡ１６８４６－２和ＴＤＡ１６８４７－２采用１４腳Ｐ－ＤＩＰ－１４－３封裝，其引腳排列如圖１所示。圖２是這兩種芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

這兩種器件的不同點是ＴＤＡ１６８４６－２的８腳不接，而ＴＤＡ１６８４７－２的８腳為暫態(tài)高功率電路的電源功率管理輸出（該腳通過一只電容和一個ＲＣ電路與地相連)。兩種器件的引腳功能如表１所列。

表1 引腳功能

引腳	符號	功能
1	OTC	內(nèi)置截止時間電路，該腳與地之間連接RC電路，決定振鈴抑制時間和待機頻率
2	PCS	初級電流模擬（檢測）
3	RZ1	調(diào)整和過零信號輸入
4	SRC	連接軟啟動和控制電壓調(diào)節(jié)電容器
5	OC1	光耦合器輸入
6	FC2	不連接（TDA16846-2）/該腳電壓大于1，2V，SMPS截止）
7	SYN	同步輸入
8	N.C./PMO	不連接（TDA16846-2）/暫態(tài)高功率電路功率管理輸出（TDA16847-2）
9	REF	參考電壓和電流
10	FC1	故障比較器1輸入（該腳電壓大于1V,SMPS截止）
11	PVC	初級電壓檢測
12	GND	地
13	OUT	MOSFET柵極驅(qū)動輸出
14	VCC	電源電壓

ＴＤＡ１６８４６－２／ＴＤＡ１６８４７－２除具有軟啟動、低功耗、低啟動電流及欠壓／過壓保護、電流限制／短路保護及靜電放電?ＥＳＤ?保護功能外，還具有如下主要特點：

●帶有ＰＦＣ，并采用電荷泵電路；

●頻率隨負載減輕可連續(xù)降低，在待機模式下，頻率可調(diào)至２０ｋＨｚ；

●可在固定頻率或同步模式下操作；

●帶有臨時高功率電路（ＴＨＰＣ)，具有電源管理功能(僅ＴＤＡ１６８４７－２)。

ＴＤＡ１６８４６－２／ＴＤＡ１６８４７－２的５腳（ＯＣＩ）輸入電壓范圍擴大到０Ｖ，該腳與地之間不再需要連接電阻；７腳（ＳＹＮ）改進了啟動特性，阻止了變壓器飽和；１１腳（ＰＶＣ）通過加入尖峰信號消隱，提高了抗噪擾能力；１３腳（ＯＵＴ）減小了截止態(tài)輸出電壓電平；１４腳（ＶＣＣ）通過尖峰消隱，改善了抗噪性能。

與先前的ＴＤＡ１６８４６／ＴＤＡ１６８４７比較，ＴＤＡ１６８４６－２和ＴＤＡ１６８４７－２除進一步強化了低功率待機功能外，還在抗噪性能方面具有明顯改善。

ＴＤＡ１６８４６－２／ＴＤＡ１６８４７－２支持低功率待機功能，在彩電等應用系統(tǒng)中具有重要意義。美國“能源之星”等標準要求電視機的待機功耗不大于３Ｗ，根據(jù)中國節(jié)能產(chǎn)品認證中心?ＣＰＣＥ?抽樣調(diào)查，國產(chǎn)彩電待機功耗低于３Ｗ的只占被測彩電總量的１３．４％，而９Ｗ以上的卻占３４．８％。目前待機功耗低于３Ｗ的國產(chǎn)彩電系列品種雖有較大增加，但距全部實現(xiàn)低于３Ｗ的目標尚有一定距離。使用ＴＤＡ１６８４６－２／ＴＤＡ１６８４７－２設計的彩電ＳＭＰＳ可以滿足低待機功耗的要求，而且可以降低成本。

圖2

３應用電路及工作原理

用ＴＤＡ１６８４６－２作控制器的ＳＭＰＳ電路如圖３所示。為執(zhí)行ＰＦＣ，該電路在橋式整流器與１５０μＦ的濾波電容Ｃ０７之間插入了由電感Ｌ０８、二極管Ｄ０８和電容Ｃ０８組成的電荷泵電路，這樣配合功率開關(guān)(Ｔ０１），就可在橋式整流器輸入端產(chǎn)生接近正弦波的ＡＣ電流，且與ＡＣ線路電壓接近同相位，從而使線路功率因數(shù)(ＰＦ）遠遠大于０.９０，電流總諧波失真(ＴＨＤ）低于２０％。

３．１啟動特性

ＳＭＰＳ加電之后，由于濾波電容Ｃ０７正極上有直流干線電壓，所以與ＩＣ１２腳連接的電阻Ｒ２２將有電流通過。該電流從ＩＣ１的２腳流入，經(jīng)２腳與１４腳內(nèi)部連接的二極管?參見圖２?對１４腳外部電容Ｃ２６充電。一旦Ｃ２６上的充電電壓達到１５±０．５Ｖ的導通電平以上時，芯片開始工作。器件１４腳上Ｖｃｃ導通電流典型值為５ｍＡ，通過Ｃ２６放電使１４腳上的電壓下降，在尚未降至欠壓關(guān)斷門限時，變壓器的輔助繞組(７Ｔ）將通過ＩＣ１４腳外部二極管Ｄ２６對芯片提供所需的電流。當ＩＣ在固定頻率下工作時，為防止在啟動期間出現(xiàn)多重脈沖，可在ＩＣ１的３腳脈沖電壓超過２．５Ｖ門限之前，使ＩＣ１工作于自由振蕩(ｆｒｅｅｒｕｎｎｉｎｇ）模式。

３．２初級電流模擬／電流限制

電路中ＩＣ１的２腳外部電阻Ｒ２２和電容Ｃ２２用于產(chǎn)生一個與功率晶體管Ｔ０１電流成正比的電壓。在Ｔ０１截止時，腳２上電壓為１．５Ｖ，這樣當Ｃ２２通過Ｒ２２被充電時，Ｔ０１將處于導通狀態(tài)。此時腳２上的電壓Ｖ２可表示為：

Ｖ２＝１．５Ｖ＋ＬＰＩＰ／（Ｒ２２Ｃ２２）

式中，ＬＰ為變壓器初級繞組電感，ＩＰ為通過功率晶體管的電流。

Ｖ２一般施加到ＩＣ２腳內(nèi)的導通時間比較器的同相輸入端，并與反相輸入端上的控制電壓比較。如果Ｖ２超過控制電壓，驅(qū)動器阻斷，以起到電流限制作用。控制電壓最大值是ＩＣ１內(nèi)的５Ｖ參考電壓。功率晶體管的最大電流ＩＰ(ｍａｘ）為：

ＩＰ(ｍａｘ）＝[(５Ｖ－１．５Ｖ）Ｒ２２Ｃ２２]／ＬＰ

控制電壓可由ＩＣ１內(nèi)的誤差放大器、光耦合器或ＩＣ１腳１１上的電壓(Ｖ１１）來決定。

圖3

３．３折回(ＦｏｌｄＢａｃｋ）點校正

ＩＣ１腳１１（ＰＶＣ)上的電壓Ｖ１１可從連接到ＤＣ總線與地之間的電阻分壓器（Ｒ２３與Ｒ２４)上獲得。如果經(jīng)整流的總線電壓升高，功率晶體管的最大電流ＩＰ（ｍａｘ)將減小。實際上，最大電流ＩＰ（ｍａｘ)是獨立的，與ＤＣ總線電壓無關(guān)?？杀硎緸椋?/P>

Ｉｐ（ｍａｘ)＝[（４Ｖ－Ｖ１１／３)Ｒ２２Ｃ２２]／Ｌｐ

３．４截止時間電路?ＯＴＣ?

ＩＣ１腳１（ＯＴＣ)外部與地之間連接的Ｒ３０和Ｃ３０用于組成ＲＣ并聯(lián)網(wǎng)絡。當ＩＣ１驅(qū)動器關(guān)斷時，內(nèi)部電流源首先用０．５ｍＡ的電流對腳１外部電容Ｃ３０充電。一旦腳３（ＲＺＩ)上電壓達到２．５Ｖ，充電電流將達到１ｍＡ，直到Ｃ３０上的電壓被充電到３．５Ｖ為止。Ｃ３０的充電時間約為τ＝（Ｃ３０ ×１．５Ｖ)／１ｍＡ。

當Ｃ３０上的電壓達到３．５Ｖ以后，內(nèi)部電流源將被切斷，Ｃ３０通過Ｒ３０放電。當ＩＣ１腳１上的電壓施加到內(nèi)部截止時間比較器時，比較器的另一個輸入就是控制電壓。當截止時間比較器輸出高電平且腳３上的電壓低于２５ｍＶ時，內(nèi)部導通時間觸發(fā)器置位，以保證功率晶體管在最小的電壓時接通。如果沒有過零信號則進入ＩＣ１腳３，那么，在腳１上的電壓低于１.５Ｖ之前，功率晶體管將經(jīng)過一段延時之后接通。只要腳１上電壓高于被限制的控制電壓，導通時間觸發(fā)器就會截止，以抑制腳３上不適當?shù)倪^零信號。而一旦控制電壓低于２Ｖ，關(guān)斷時間將達到恒定的最大值(≈０．５６Ｒ３０Ｃ３０）。表２列出了控制電壓與輸出功率及截止時間的關(guān)系。

表2 控制電壓與輸出功率、截止時間關(guān)系

控制電壓	輸出功率	截止時間
1.5～2V	低	不變（達最大值）
2～3.5V	中	減小
3.5～5V	高	自由振蕩

實際上，變換器開關(guān)頻率是輸出功率的函數(shù)。

ＴＤＡ１６８４６－２的負載從屬頻率曲線如圖４所示。

３．５誤差放大器／軟啟動

ＩＣ１的（ＲＺＩ)３腳是誤差放大器和過零信號輸入，（ＳＲＣ)４腳是控制電壓輸入。誤差放大器的同相輸入端是５Ｖ參考電壓。ＩＣ１腳３上的輸入信號可從變壓器輔助繞組經(jīng)Ｒ３８和Ｒ２９組成的電阻分壓器獲得。如果腳３上的輸入脈沖高于５Ｖ門限時，腳４上的控制電壓將被拉低。因此，腳４與地之間連接的電容Ｃ２５可用于決定控制電壓的控制速度和軟啟動持續(xù)時間。

３．６固定頻率與同步化操作