新型反激變換器準諧振控制器ICE1QS01及其應用電路

摘要：ICE1QS01是一種支持低功率待機和功率因數(shù)校正(PFC)的開關電源準諧振控制器。介紹了ICE1QS01的基本結構、工作原理及其應用電路與設計。

關鍵詞：準諧振控制器;ICE1QS01;反激變換器;設計

0 引言

ICE1QS01是英飛凌公司推出的一種輸出功率范圍從1W到300W，帶或不帶功率因數(shù)校正(PFC)的反激式變換器控制器。該控制器IC工作在準諧振模式，典型應用包括TV，VCR，DVD播放機，衛(wèi)星接收機和筆記本電腦適配器等。

為了在輕載下降低功率消耗，ICE1QS01隨著負載的減小，其開關頻率逐步數(shù)字式地降至20kHz的最低值。同時，隨頻率降低保持準諧振模式。在從滿載到空載的整個負載范圍內，能夠平穩(wěn)工作。當工作頻率降低時，IC的數(shù)字抗抖動電路可以消除過零信號的連續(xù)跳動，尤其是可以避免電視機中因偏轉引起的負載連續(xù)變化產(chǎn)生的抖動。為了減小功率MOSFET的開關應力，功率晶體管總是在最低的電壓上接通。電壓調整既可利用內部誤差放大器，也可利用外部光耦合器。由于采用新的初級調節(jié)方法，在變壓器控制繞組與控制輸入之間的外部整流電路，可用一個電壓分配器來取代。在待機模式下，IC自動進入突發(fā)模式，待機輸入功率遠低于1W。保護功能包括Vcc過壓/欠壓鎖定，主線電壓欠壓關斷和電流限制等。ICE1QS01的啟動電流僅約50μA，它是一種低功耗綠色SMPS芯片。

1 芯片的封裝與電路組成及其功能與工作原理

ICE1QS01采用P-DIP-8-4封裝，引腳排列如圖1所示。表1列出了各引腳的功能。

圖1 ICE1QS01的引腳排列

表1 引腳功能 引腳 符號 功能簡述

1 N.C 未連接

2 PCS 初級電流模擬(simulation)輸入

3 RZI 調整與過零信號輸入

4 SRC 軟啟動和調整電容器連接端

5 OFC 過電壓故障比較器輸入

6 GND 地

7 OUT MOSFET柵極驅動器輸出

8 VCC 電源電壓施加端

ICE1QS01芯片主要由比較器，觸發(fā)器和數(shù)字處理電路組成，具體如圖2所示。

圖2 ICE1QS01芯片電路組成

在圖2所示的電路中，左上角部分為折彎點(foldback point)校正單元。該部分電路的功能是在MOSFET導通期間，從腳RZI流出一個電流，電流源CS4提供的0.5mA的電流被扣除，所得到的電流I4乘以0.2(即為I3)，被饋送到IC的PCS腳，從而增加PCS腳外部電容的充電電壓斜率。當AC線路電壓升高時，MOSFET的導通時間縮短，最大輸出功率保持不變。主線電壓通過Vcc偏置繞組并經(jīng)連接在腳RZI上的一支電阻來檢測。

在腳RZI內部，門限電平5V和4.4V的比較器用于初級調整，門限電平1V和50mV的比較器分別是振鈴抑制時間比較器和過零信號比較器。

在圖2的右上角是計數(shù)器、定時器和比較器組成的數(shù)字頻率降低電路以及反相輸入端為VRM=4.8V與VRH=4.4V并帶VRH鎖定的比較器和反相輸入端VRL=3.5V并帶VRL鎖定的比較器。

在圖2的中央是軟啟動和通—斷(on-off)觸發(fā)器。軟啟動觸發(fā)器通過通—斷觸發(fā)器的上升沿(并利用沿檢測器ED1)置位。通—斷觸發(fā)器通過反相輸入端15V的比較器(圖2左下方)置位。該比較器上面是20V的Vcc過電壓比較器，下面是145V和9V的欠電壓比較器。IC腳PCS內部電阻R2連接一個開關，該開關由一個與門輸出控制，與門的輸入來自通—斷觸發(fā)器的輸出。在開關接通時，腳PCS外部電容放電到1.5V。當進入PCS腳的電流低于100μA時，在主線欠電壓比較器輸出產(chǎn)生一個低電平輸出信號。該輸出信號經(jīng)一個與門和或門電路置位脈沖鎖定觸發(fā)器，與門的另一個輸入是接通時間觸發(fā)器的反相輸出。

位于圖2中間下方的是突發(fā)觸發(fā)器和脈沖鎖定觸發(fā)器。突發(fā)觸發(fā)器由IC腳SRC內的2V比較器輸出置位。突發(fā)觸發(fā)器的輸出，連接到脈沖鎖定觸發(fā)器的置位輸入。脈沖鎖定觸發(fā)器的輸出，影響接通時間觸發(fā)器的復位輸入。接通時間觸發(fā)器的輸出，連接到IC腳OUT內的輸出緩沖器。脈沖鎖定觸發(fā)器也可由20V的過電壓比較器置位。

IC腳SRC內部的電流源CS1為SRC腳外部電容器提供500μA的放電電流。與CS1并聯(lián)的電流源CS2，通過軟啟動觸發(fā)器激活。CS2的電流通過50ms定時器控制逐步改變，以此為軟啟動產(chǎn)生上升的調節(jié)電壓。

一個20kΩ的上控電阻R1下端在內部連接到SRC腳，上端通過開關連接到5V的參考電壓。該開關由一個觸發(fā)器的輸出控制，該觸發(fā)器通過接通時間觸發(fā)器的輸出下降沿置位，以產(chǎn)生振鈴抑制時間。接通時間觸發(fā)器由過零信號經(jīng)過一個與門復位，該與門的另一個輸入是下部第二個觸發(fā)器的輸出。當RZ1腳上的脈沖高度超過44V的門限時，第二個觸發(fā)器置位。

在圖2右上部的數(shù)字頻率減小電路中，4位加/減(UP/DOWN)計數(shù)器的寄存數(shù)決定變壓器退磁后的過零信號數(shù)。過零信號計數(shù)器計數(shù)輸入過零信號，并由一個比較器檢測和放大。只要過零計數(shù)器存儲數(shù)與加/減計數(shù)器存儲數(shù)相等，比較器就發(fā)送一個輸出信號至接通時間觸發(fā)器，從而使功率MOSFET導通。為避免抖動，加/減計數(shù)器的存儲數(shù)僅在50ms定時器確定的每個50ms周期之后加1或減1改變，這種變化取于VRH和VRL鎖存狀態(tài)。如果兩個鎖存處于低態(tài)，計數(shù)器增加1。如果僅VRL鎖定置位，加/減計數(shù)器仍不變化。如果VRL和VRH被置位于高電平，加/減計數(shù)器減少1。在此之后VRH與VRL鎖定被復位。在接下來的50ms內，VRH與VRL鎖存將再次置位。當IC腳SRC上電壓VSRC3.5V時，VRL鎖定置位，加/減計數(shù)器加1;當VSRC>4.4V時，VRH鎖定置位，加/減計數(shù)器減1。在一個大的負載跳躍這后，為能迅速調節(jié)到最大的功率電平上，只要VSRC>4.8V時，加/減計數(shù)器被置位到1(0001)。

2 應用與設計

2.1 應用實例與電路簡析

圖3是由ICE1QS01作控制器的200W高端電視機SMPS電路。該電路輸入AC90～264V，4路輸出電壓/電流分別為135V/0.75A，30V/1.2A，15V/0.5A和7V/1.2A。

圖3 基于ICE1QS01的200W彩色電視機SMPS電路