準諧振軟開關控制器IRIS4015的設計及應用

１ 概述

ｉｒｉｓ４０１５是將ｍｏｓｆｅｔ和開關電源控制器封裝在一起的組合集成電路，主要應用于反激式準諧振變換器。該器件采用５腳ｓｉｐ或ｓｍｄ封裝，適用于各類高低壓開關電源。該器件的靜態(tài)工作電流很低（１００μａ），具有內部軟啟動、溫度補償的逐脈沖過流保護ｏｃｐ、過壓鎖定保護（ｏｖｐ）和過熱關斷保護（ｔｓｄ）等功能。

２ 引腳功能

ｉｒｉｓ４０１５的管腳排列如圖１所示。各引腳的功能如表１所列。

３ 應用電路工作原理

ｉｒｉｓ４０１５在反激電源中的典型應用電路如圖２所示。

３．１ 反饋和控制電路

表1 iris4015的引腳功能

振蕩器利用ｉｃ內部的電容ｃ１充放電來產生決定ｍｏｓｆｅｔ關斷時間的脈沖信號。振蕩器的工作過程如圖３所示。當ｍｏｓｆｅｔ開通時，內部５．６ｖ恒壓源對電容ｃ１充電，ｍｏｓｆｅｔ的漏極電流ｉｄ流經ｒ５產生壓降ｖｒ５后反饋到ｏｃｐ／ｆｂ腳，以實現(xiàn)初級電流控制。當ｏｃｐ／ｆｂ腳電壓達到基準１（０．７３ｖ）時，比較器１翻轉，ｍｏｓｆｅｔ關斷，ｃ１結束充電，并開始恒流放電。當ｃ１兩端電壓下降到基準２（１．２ｖ）時，振蕩器輸出再次反相，ｍｏｓｆｅｔ導通，ｃ１兩端電壓迅速充電到５．６ｖ，ｍｏｓｆｅｔ反復循環(huán)開關工作。ｍｏｓｆｅｔ的導通時間由ｖｒ５的斜率決定。同樣，ｍｏｓｆｅｔ的關斷時間由ｃ１和恒流放電電路決定。關斷時間由內部恒流放電電路調整到約５０μｓ。

次級輸出電壓采用電壓型控制。輸出電壓通過光耦在ｒ４兩端產生反饋電壓ｖｒ４，反饋電壓與ｒ５兩端降壓ｖｒ５之和使比較器１翻轉。當輸出電壓升高時，ｏｃｐ／ｆｂ腳電壓升高，從而使ｏｃｐ／ｆｂ腳電壓達到基準電壓１（０．７３ｖ）的時間縮短，并使ｍｏｓｆｅｔ的導通寬度變窄，以減少反激變壓器存儲的能量使輸出電壓降低。

３．２ 過流保護及正反饋補償

過流保護電路通過檢測ｍｏｓｆｅｔ源極和ｇｎｄ之間串聯(lián)電阻ｒ５兩端的電壓，可檢測ｍｏｓｆｅｔ的漏極電流，該檢測信號和ｖｒ４之和將反饋到ｏｃｐ／ｆｂ腳并與基準電壓１（０．７３ｖ）比較，以實現(xiàn)限流功能。

過流保護電路動作時，輸出過流使輸出電壓下降，同時輔助繞組的電壓也相應下降，當ｖｃｃ降到ｕｖｌｏ門限電壓以下時，控制器停止工作。輸出電流持續(xù)下降，ｖｃｃ電壓因啟動電路工作而升到啟動電壓，從而使電路間歇性工作。

當交流輸入電壓較高時，漏極電流較小，此時達到過流保護時的輸出功率值將大于低壓輸入時的輸出功率值。而加入由兩個電阻和一個穩(wěn)壓管組成的正反饋補償電路后（如圖４所示），在交流輸入電壓較高時，其總輸出功率變化不大。

加入正反饋補償后，當輸入交流電壓較高時，輔助電源在ｏｃｐ／ｆｂ腳產生的偏置電壓會降低ｍｏｓ-ｆｅｔ漏極的平均電流。這樣，由于漏極電流減小，初級繞組漏感引起的反電壓降低，ｍｏｓｆｅｔ兩端承受的電壓減小，同時也降低了電感電流。因此，加入正反饋補償電路后，輸出功率會被控制在適當的范圍內，同時，次級側元件承受的應力也不會過大。

３．３ 準諧振電路分析

圖５給出了各點的波形圖。圖中，諧振電容ｃ３接在ｍｏｓｆｅｔ的漏極和源極之間，它和變壓器的初級電感構成了諧振電路。輔助繞組和ｏｃｐ／ｆｂ腳之間加入ｃ４、ｄ３、ｄ４、ｒ５組成的延遲電路，可在ｍｏｓ-ｆｅｔ關斷時產生準諧振信號，并通過比較器１和２使電路工作在準諧振狀態(tài)。

變壓器能量傳送給次級繞組后，延遲電路使準諧振信號仍維持在ｏｃｐ／ｆｂ腳，而不是立即降落，這是因為ｃ４、ｃ５通過有源低通濾波器和電阻ｒ６、ｒ７放電所致。經過一段延遲時間后，ｏｃｐ／ｆｂ腳電壓下降到基準電壓１以下。調整ｃ４并監(jiān)測電壓波形，當ｍｏｓｆｅｔ的漏源電壓達到最低時，電路將產生諧振信號使ｍｏｓｆｅｔ開通。延遲時間由ｃ４、ｃ５的放電時間決定，不加ｃ４時，延遲時間較短。由于加在ｏｃｐ／ｆｂ腳的最高電壓為６ｖ，所以準諧振信號的幅值不能超過６ｖ。

３．４ 鎖定電路

過壓保護電路和過熱關斷電路動作時，鎖定電路使振蕩器輸出低電平，從而使電源電路停止工作。當ｖｃｃ為８．５ｖ時，鎖定電路的最大維持電流為４００μａ。低溫時，經啟動電阻流進ｖｃｃ腳的維持電流需要５００μａ。為了避免噪音等因素引起誤動作，鎖定定時器將產生一個延遲時間，當ｏｖｐ或ｔｓｄ電路持續(xù)工作８μｓ或更長時間時，鎖定電路才開始動作。當鎖定電路動作后，穩(wěn)壓器仍工作。由于通過啟動電阻供給控制器的電流會超過５００μａ，從而使啟動電阻的壓降增大，所以ｖｃｃ電壓下降。當ｖｃｃ電壓下降到ｕｖｌｏ－門限電壓１０ｖ以下時，穩(wěn)壓器停止工作。當電路電流低于４００μａ時，電壓ｖｃｃ開始上升。當電壓ｖｃｃ上升到ｕｖｌｏ＋啟動電壓（１６ｖ）時，穩(wěn)壓器又開始工作，控制器的電流再次增加，電壓ｖｃｃ則再一次下降。

鎖定電路工作時，電壓ｖｃｃ會在１０ｖ～１６ｖ范圍內波動，如圖６所示。而要使鎖定電路復位，必須切斷輸入電源。

３．５ 過壓保護電路

當控制器輸入電壓ｖｉｎ超過２２．５ｖ時，過壓保護電路將動作。控制器輸入電壓ｖｉｎ由變壓器的輔助繞組提供，該電壓與輸出電壓成正比。當次級電壓反饋電路開路或其它原因引起次級過電壓時，過壓保護電路也會啟動。過壓保護動作時，次級輸出電壓可由下式計算：
ｖｏｕｔ＝（額定輸出電壓／ｖｃｃ正常工作電壓）×２２．５ｖ

４ 結語

以ｉｒｉｓ４０１５為核心的電源變換器具有成本低、外圍電路簡單、保護電路完善等優(yōu)點。且在空載時，電路工作電流很低（１００μａ）。由于該控制芯片的待機功耗僅約０．８ｗ，因而十分適用于各種對待機功耗要求比較嚴格的電器設備。