原邊反饋AC-DC控制芯片中的關(guān)鍵技術(shù)-芯派

1、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l(fā)ed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

2、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

3、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。 圖1 原邊控制應(yīng)用框圖及主要節(jié)點波形圖。 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

4、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

5、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)。 圖2 原邊反饋ac-dc控制器的工作模式示意圖。 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)。 圖3 cl1100的實測cv/cc擬合曲線。 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