電流模式PWM控制器滿足綠色電源設(shè)計(jì)需求

隨著市場(chǎng)發(fā)展以及人們對(duì)環(huán)境問題的廣泛關(guān)注，低成本、低待機(jī)功耗和高效率的電源IC越來越受到歡迎。降低系統(tǒng)待機(jī)功耗、提高系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率成為綠色電源IC的發(fā)展方向。今天的電源應(yīng)用日益廣泛，而且大部分情況下，電源是處于待機(jī)狀態(tài)，雖然單個(gè)電源在待機(jī)狀態(tài)下消耗的功率比較小，但整個(gè)市場(chǎng)龐大的用量累加起來導(dǎo)致消耗的總功率相當(dāng)大，占到整個(gè)電源總功耗的15%甚至更多。經(jīng)過近幾年電源IC技術(shù)的快速發(fā)展，目前市場(chǎng)上大部分產(chǎn)品都能滿足能源之星EPS2.0所規(guī)定的待機(jī)功耗300mW的要求。如今，超低待機(jī)功耗技術(shù)開始流行起來，在30W以下電源中待機(jī)功耗最小可達(dá)到30mW，未來可望更低。

在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，西安芯派整合技術(shù)優(yōu)勢(shì)并加強(qiáng)研發(fā)管理，不斷完善高性能綠色電源芯片產(chǎn)品線。在現(xiàn)有SW265X系列、SW253G和SW2263等基礎(chǔ)上，最新推出SW2273、SW2801（QR模式）和SW2306（QR模式）等系列高效率、超低待機(jī)功耗綠色電源芯片。為滿足市場(chǎng)需求，芯派有針對(duì)性的推出了一款高性能、低成本、電流模式PWM控制器——SW2604，該芯片外圍線路簡單，系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活；其待機(jī)功耗小于200mW,適用于適配器、機(jī)頂盒電源、小家電和LED照明領(lǐng)域。本文將重點(diǎn)介紹SW2604的技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。


圖1：SW2604內(nèi)部電路參考框圖

SW2604的技術(shù)特點(diǎn)

SW2604內(nèi)部電路參考框圖如圖1所示。該電源控制器可工作在典型的反激電路拓?fù)渲校瑯?gòu)成簡潔的AC/DC轉(zhuǎn)換器；在85~265V的寬電壓范圍內(nèi)可提供高達(dá)12W的連續(xù)輸出功率；借助優(yōu)化的電路設(shè)計(jì)并結(jié)合高性價(jià)比雙極型制造工藝，最大程度節(jié)約了產(chǎn)品的整體成本。SW2604內(nèi)部電路如圖1所示。芯片內(nèi)部啟動(dòng)電路被設(shè)計(jì)成一種獨(dú)特的電流吸入方式，可利用功率開關(guān)管的本身放大作用完成啟動(dòng)（開關(guān)管Ic對(duì)Ib的放大），從而顯著降低了啟動(dòng)電阻的功率消耗。在輸出功率較小時(shí)，Ic將自動(dòng)降低工作頻率，從而實(shí)現(xiàn)了極低的待機(jī)功耗；在功率管截止時(shí)，內(nèi)部電路將功率管反向偏置，直接利用雙極型晶體管的CB高耐壓特性，大幅提高功率管的耐電壓能力直到700V高壓，這保證了功率管的安全；芯片內(nèi)部還提供了完善的防過載、防飽和功能，可實(shí)時(shí)防范過載、變壓器飽和、輸出短路等異常狀況，提高了電源可靠性。SW2604主要特點(diǎn)如下：

A 工作頻率可調(diào)

SW2604的工作頻率由外部CT電容可調(diào)。芯片內(nèi)部電流源對(duì)CT電容進(jìn)行100μA恒流充電形成時(shí)鐘上升沿，在充電電壓至2.5V時(shí)，內(nèi)部電路將以1.9mA的下拉電流對(duì)CT放電，形成時(shí)鐘下降沿，完成一個(gè)時(shí)鐘周期。對(duì)于雙極性功率開關(guān)而言，需要考慮存儲(chǔ)時(shí)間對(duì)開關(guān)損耗的影響，開關(guān)頻率通常設(shè)置在70KHz以下。

B 過溫度保護(hù)功能

SW2604芯片內(nèi)部集成了精確的過溫保護(hù)功能。在芯片內(nèi)部溫度達(dá)到140℃，熱保護(hù)電路動(dòng)作，將時(shí)鐘信號(hào)下拉，使開關(guān)頻率降低，降低功耗。開關(guān)頻率隨溫度的升高而降低，直至振蕩器關(guān)閉。如圖2所示。


圖2：SW2604芯片內(nèi)部集成了精確的過溫保護(hù)功能。

C 獨(dú)特的功率管驅(qū)動(dòng)特性與高耐壓偏置技術(shù)

SW2604內(nèi)部集成功率管采用斜坡電流驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電流隨輸出功率增加而增加，在FB=0時(shí)，OB電流約為40mA,在FB=6V時(shí)，OB電流約為120mA,小輸出時(shí)的驅(qū)動(dòng)功耗得到顯著降低。芯片內(nèi)部集成了獨(dú)特的偏置技術(shù)，在功率管關(guān)斷時(shí)，OE輸出到約1.5V，反向偏置發(fā)射結(jié)，加速Ic電流的下降速度，擴(kuò)展了有效的安全工作區(qū)，開關(guān)管承受反向的CB電壓，使開關(guān)管達(dá)到700V的電壓承受能力。

D 過壓與欠壓保護(hù)功能

SW2604芯片具有帶遲滯的欠電壓保護(hù)功能。在VCC電壓達(dá)到8.8V時(shí)IC開始啟動(dòng)，這個(gè)初始的啟動(dòng)電壓由驅(qū)動(dòng)電阻提供，輸入的高電壓通過驅(qū)動(dòng)電阻注入開關(guān)管的基極，放大的Ic電流在IC內(nèi)部經(jīng)過限制電路對(duì)VCC電容充電，從而形成驅(qū)動(dòng)電壓，在IC正常工作時(shí)應(yīng)保持VCC電壓在4.8-9V之間（包括滿載情況），若VCC電壓下降到4.4V時(shí)，則振蕩器進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)；VCC進(jìn)一步降低到3.8V，IC即開始重新啟動(dòng)。

芯片內(nèi)部VCC具有一個(gè)上限電壓比較器控制，若VCC試圖大于9.6V，則比較器動(dòng)作，F(xiàn)B將被下拉，鎖定VCC至9.6V，達(dá)到過電壓的限制功能。利用此功能可以方便地實(shí)現(xiàn)前端的電壓反饋功能，也可避免輸出開環(huán)時(shí)的輸出電壓大幅度升高現(xiàn)象，保證負(fù)載安全。

E 最大開關(guān)電流限制功能

SW2604具有逐周期電流限制功能。每個(gè)開關(guān)周期均對(duì)開關(guān)電流進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到FB設(shè)定的防上限電流時(shí)即進(jìn)入關(guān)周期，電流的檢測(cè)具有實(shí)時(shí)前沿消隱功能，屏蔽開關(guān)尖峰，避免開關(guān)電流的錯(cuò)誤檢測(cè)。合理的溫度檢測(cè)消除了溫度的影響，相對(duì)常規(guī)的MOSFET開關(guān)芯片，在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)，開關(guān)電流都可以非常精準(zhǔn)，這樣就允許設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)方案時(shí)不必留有太大余量即可滿足較大工作范圍，從而提高電路的使用安全性。SW2604的最大開關(guān)電流限值為1000mA，可以很容易地實(shí)現(xiàn)大于12W的輸出功率，且滿足寬溫度范圍。


表1：SW2604推薦工作條件

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

SW2604是一個(gè)典型集成功率開關(guān)的高性能電源IC，外圍電路簡單，如圖3所示。因?yàn)楣β书_關(guān)管集成在芯片內(nèi)部，開關(guān)管的開關(guān)損耗產(chǎn)生的熱量會(huì)使芯片發(fā)熱，因此在使用時(shí)需要一定的散熱措施，以避免過高的溫度導(dǎo)致IC熱保護(hù)。一個(gè)簡單的辦法就是在PCB布線時(shí)，在IC的PIN7-8腳鋪設(shè)一定面積的PCB銅箔，在銅箔上面鍍錫增加散熱能力。在PCB布線時(shí)，應(yīng)將Pin6與Pin7之間保留1mm以上的安全距離，避免產(chǎn)生放電現(xiàn)象。



圖3：SW2604是典型集成功率開關(guān)的高性能電源IC，外圍電路簡單。

本文小結(jié)

SW2604是一款中小功率的高性能電流模式PWM電源控制器，頻率可外部編程，芯片內(nèi)部集成雙極型三極管作為開關(guān)管；同時(shí)利用其放大作用完成啟動(dòng)，并將啟動(dòng)電阻功耗減小10倍以上。SW2604外圍線路簡單，系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活；其待機(jī)功耗小于200mW,適用于適配器、機(jī)頂盒電源、小家電和LED照明領(lǐng)域。此外，西安芯派還推出了一系列高精度恒壓恒流PSR控制器SW2601A、SW2601、SW2602。此系列IC內(nèi)置高壓MOSFET，頻率抖動(dòng)改善EMI，外圍線路更簡單。使LED電源體積更小、效率更高、性能更穩(wěn)定，可滿足20W以下LED電源需求。