OB2203設計指導

1、(lbOn-BrightOB2203;OB2203設計指導1OB2203簡介0B2203是昂寶電子推出的一款應用在反激變換器場合的多模式(MultiM-Quasi-Resonant)PW控制器。在正常負載時，系統(tǒng)工作在準諧振(QR)模式，迄的效率，同時減小EMIo準諧振系統(tǒng)是一個變頻系統(tǒng)，其系統(tǒng)工作頻率隨著交流a載的變化而變化。為了滿足150KHz的CISPR-22對EMI的要求，0B2203將系統(tǒng)増在130KHzo在輕載時，系統(tǒng)工作在脈沖頻率調(diào)制(PFM)模式，系統(tǒng)開關頻率隨著負2從而提高了系統(tǒng)在輕載時的效率。在接近空載時，系統(tǒng)進入昂寶電子專利的“擴庶從而大大提高了系統(tǒng)的空載效率，減小了待機

2、功耗。0B2203內(nèi)置了一個P溝道MOS接0B2203的電源管腳和PFC控制器的電源管腳，同時0B2203述集成了PFC控羽在輕載時關掉PFC,從而省掉了一個功率級，使系統(tǒng)在輕載時效率大大提高。在W控制器0B6563組成的120W系統(tǒng)中，系統(tǒng)待機功耗可以降至0.4W以下。OB2203垛功能，包括：逐周期電流限制，欠壓保護(UVL0),芯片過壓保護，可編程的輸出過壓過載保護(0LP),芯片過溫度保護(0TP),可編程的軟啟動功能，外部可觸發(fā)的閂通時間限制，在QR模式下最高和最低頻率限制，等等。(lbOn-BrightOB2203;(lbOn-BrightOB2203;2芯片內(nèi)部模塊圖VCC(lb

3、On-BrightOB2203;(lbOn-BrightOB2203;3典型應用圖ACLa5-n2b1-JXL152lon(us)圖9.過功率保護(OPP)補償5.2.9其它內(nèi)置保護說明5.2.9.1短路保護(SCP)、過流保護(OCP),過功率保護(OLP),及反饋開環(huán)書Protection)當系統(tǒng)輸出發(fā)生短路、過流、過功率或者反饋出現(xiàn)開環(huán)狀態(tài)現(xiàn)象時，系統(tǒng)輸出5.2.93欠壓保護(UVLO)OB2203內(nèi)置有欠壓保護電路(UVLO),當VDD端電壓小于9V(典型值)時欠壓保護狀態(tài)，這時芯片停止工作。5.2.9.4芯片過溫保護(OTP)OB2203內(nèi)置有過溫保護功能(OTP),當芯片溫度超過1

4、40C時，GATE輸出立U鎖(Latch)保護狀態(tài)(見5.2.10.5)。5.2.9.5閂鎖(latch)保護0B2203提供四種閂鎖保護：芯片VDD過壓保護閂鎖(ICVDDOVPLatch),芯片(ICOTPLatch),負載端過壓保護閂鎖(LoadOVPLatch)和外部觸發(fā)閂鎖。芯片鮪件是VDD電壓低于6.OVo芯片VDD過壓保護閂鎖：當芯片VDD電壓高于31V(典型值)時，進入芯片OVP侑芯片過溫度保護閂鎖：當芯片溫度超過140。時，進入OTP保護和閂鎖狀態(tài).負載端過壓保護閂鎖：當DEM管腳檢測到負載端過壓時，進入LoadOVP保護和外部觸發(fā)閂鎖：當SS管腳電壓超過3.8V時，進入閂鎖

5、狀態(tài).5.3OB2203系統(tǒng)設計5.3.1輸出功率與系統(tǒng)拓撲結構75W以上的電源適配器需要有PFC預處理級(pre-regulation)。在75W以上笊設計中，PFC級的控制芯片推薦采用昂寶電子的功率因子校正器0B6563,這樣整個于0.4W的待機功耗。關于0B6563的設計，請參見昂寶電子的0B6563的Design不再詳述，在0B2203的DemoBoardManual中，我們將給出PFC級的電路圖和BOA程將以PWM級為主，同時考慮到有PFC預處理級的情況。在OB2203+OB6563的電源適配器方案中，系統(tǒng)啟動過程是先PWM級啟動，然后在系統(tǒng)處于輕載時,0B2203將關掉PFC級以提

6、高系統(tǒng)輕載效率。PFC級可以采用傳統(tǒng)輸出，也可以采用兩段式以提高效率。如果應用0B2203在低功率無PFC級的場合，則只需要將PFCVCC管腳浮空即可5.3.2確定Bulk電容在有PFC預處理級的場合，PWM級的輸入Bulk電容也就是PFC級的輸出濾波哇(lbOn-Bright0B2203On-BrightOB2203;On-BrightOB2203;他FfalXT7D土口血工III角比護QA點右卜產(chǎn)、診/古玄診：比入4卜丁山滋/OCP補償將不再對啟動過程產(chǎn)生貢獻。假定滿載時系統(tǒng)在120VDC（對應85VAC）處開關頻率為40KHz（Ts=25us）,.空比為0.6。并且假定在120VDC處系

7、統(tǒng)工作還在準諧振模式，而且對應的占空t據(jù)準諧振理論，占空比為0.6時對應的Bulk直流電壓為65.5V,此電壓即為最小IVDC_mino實際選擇可以進行調(diào)整。這樣最小Bulk電容就可以確定下來：bulkmin71+arcsin2DC_minVaCminXX九X（2x匕cmin25i/）(lbOn-Bright0B2203On-BrightOB2203;On-BrightOB2203;他FfalXT7D土口血工III角比護QA點右卜產(chǎn)、診/古玄診：比入4卜丁山滋/(lbOn-Bright0B2203On-BrightOB2203;On-BrightOB2203;他FfalXT7D土口血工III角

8、比護QA點右卜產(chǎn)、診/古玄診：比入4卜丁山滋/上式中，CBULK_min為最小Bulk電容，紀為交流輸入電壓頻率（最大為60Hz）。假定朮則120W系統(tǒng)最大輸入功率Pinax為141W,將這些參數(shù)代入上式可得120W系統(tǒng),為155.8uFo實際上最低的Bulk直流電壓近似取Bulk電容上紋波的中間值（對于最小85VAC,可取90VDC）也能得到較好的結果。5.3.3變壓器設計準諧振系統(tǒng)的變壓器設計包括確定初級、次級匝比N=Np/Ns,變壓器初級感量級匝數(shù)。5331初級、次級匝比例N=Np/Ns設計系統(tǒng)設計首先需要確定功率管的耐壓Vbr,根據(jù)Vbr來設計初級、次級最大繞:VDC_max為最大輸入

9、電壓，測二極管正向壓降。AV為功率管關斷時由變壓器漏感引起的過沖峰值根據(jù)二次側二極管的最大反向耐壓，確定最小的初級、次級匝比Nmin。在上式中，Vr為二次測二極管最大反向耐壓。按照功率管耐壓和二次側二極管的反向耐壓，取合理的N值，滿足NminNv卜53.3.2初級感量Lp設計由準諧振控制的基本理論可知，系統(tǒng)變壓器主電感的感量Lp大小與輸入電壓、壓滿載時，系統(tǒng)工作頻率必須在音頻范圍之外，所以必須大于20KHz,建議設定關而決定了變壓器感量的下限。其二，在高壓半載時，系統(tǒng)的開關頻率小于130KHZ,在兩個谷底之間來回切換造成不穩(wěn)定，因為這時候也可能導致音頻噪聲出現(xiàn)，從朮量的下限。OB2203在準諧

10、振模式下的最低工作頻率為40K,把滿載工作時最低胄的工作頻率設置在40KHz,得到變壓器初級感量Lp的下限；把高壓（在此場合即為電壓，440VDC）半載工作時對應的工作頻率設置在130KHZ,得到變壓器初級感量I2PMVDC_min+N(your+VF)jDCmax7?p2PhalffSDCN(%+5max+N3out實際設計時，可以選取上下限的中間值附近。5.3.4副邊整流二級管和輸出電容的設計整流二級管得最大的反向電壓和有效電流由下式確定V.反向電壓：V二匕+弋晉Nrms有效電流：=IDsrms*N1-幾max(lbOn-Bright0B2203On-BrightOB2203;On-Bri

11、ghtOB2203;他FfalXT7D土口血工III角比護QA點右卜產(chǎn)、診/古玄診：比入4卜丁山滋/(lbOn-Bright0B2203On-BrightOB2203;On-BrightOB2203;他FfalXT7D土口血工III角比護QA點右卜產(chǎn)、診/古玄診：比入4卜丁山滋/nns一般選取整流二級管時，反向耐壓至少取13*粘,正向電流至少取1.5*厶輸出電容值，由輸出紋波電流決定，輸出紋波電流計算式如下DCrmsC5.3.5反饋控制電路的設計OB2203采用了電流模式控制方式，電流控制因子K計算式如下Ipk是功率MOSFET的峰值電流，Vfb是FB腳的反饋電壓。對于反激準諧振系統(tǒng)，從控制端

12、到輸出的小信號傳輸函數(shù)如下KRLVindcN(1+s/w7)(1一$/wr7)點。OB2203外圍的反饋補償電路采用單極零點補償?shù)碾娐罚缦聢DVBIASOU1CB22O3X/F0CNDU3n4311?.svmKCFRF11AMr(lbOn-Bright0B2203HZLKHzIUHZ圖11反饋環(huán)路波特圖lOKHz另外尺，R2,Rd，心込的設計值應滿足下式2.5尺%2.5VOn-BrightOB2203;On-BrightOB2203;(BOn-BrightOB2203;V（）p是光藕的正向壓降，Ifb是FB腳的反饋電流。5.3.6OB2203啟動電路設計53.6.1OB2203具有如下兩種啟動

13、方式1）整流橋后的啟動方式：傳統(tǒng)從整流濾波后啟動電路方式見圖12左側。啟動時、2）整流橋前的啟動方式：使VDD腳通過限流電阻連到X電容的放電電阻中間，耗.其啟動電路見圖12右側，因為輸入為正弦波，計算啟動時間時Vdc取Viii有公式計算啟動時間（其中Rin取Rl+R3）oACINEMIFilterACINEMIFilterR1R25362系統(tǒng)的啟動時間以上的兩種啟動方式當電源上電開機時通過啟動電阻Rin給VDD端的電容C2端電壓達到芯片的啟動電壓UVLO（OFF）（典型值15V）時芯片才被激活，并且驅動常工作。在圖8和圖9中系統(tǒng)的最大啟動延遲時間滿足如下運算關系VTH()N)=de_IDDST

14、Rjn)-1-exp(rD/R1NC2)On-BrightOB2203;On-BrightOB2203;(BOn-BrightOB2203;On-BrightOB2203;On-BrightOB2203;(BOn-BrightOB2203;Iddst:OB2203的啟動電流Td_on：系統(tǒng)的啟動延遲時間Rin：圖8為R1和R2電阻阻值之和，圖9為R1和R3電阻阻值之和由于芯片具有低啟動電流的特性并且考慮到空載的系統(tǒng)損耗，RIN可以取得較1MQ3MQ范圍內(nèi)選取。如果需要系統(tǒng)具有更快的啟動時間且在系統(tǒng)成本允許的情況下，可以參考圖1C3的值可以取得較小（但需要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性），RIN的值可以取得較

15、大，這樣啟動時間，同時也可以降低系統(tǒng)空載時的損耗。圖13.快速啟動電路53.6.3啟動電阻Rin的最大功率損耗Rin的最大功率損耗可以用下而的公式計算出來，公式如下:PrIN_m歐=_L_max-VDD)2Rin(lbOn-Bright0B2203(lbOn-Bright0B2203(BOn-BrightOB2203;(lbOn-Bright0B2203(lbOn-Bright0B2203(BOn-BrightOB2203;537應用OB2203進行系統(tǒng)設計的流程8確定啟動電路(lbOn-BrightOB2203;(lbOn-BrightOB2203;OB2203;(lbOn-BrightOB

16、2203;(lbOn-BrightOB2203;(lbOn-BrightOB2203;(lbOn-BrightOB2203;6設計實例6.1120W電源適配器系統(tǒng)設計6.1.1系統(tǒng)規(guī)格名目數(shù)據(jù)描述Vacmin90Vac最低輸入交流電壓Vacmax265Vac最高輸入交流電壓Fl50Hz60Hz交流輸入電壓頻率Vdcmin90Vdc最低輸入直流電壓VdcL240Vdc低壓段直流工作電壓VdcH400Vdc高壓段直流工作電壓V)19V額定輸岀電壓Io6.3A額定輸岀電流Pomax120W最大輸出功率q0.85系統(tǒng)預估效率Pin141W系統(tǒng)預估輸入功率N5.5變壓器匝比Fclampmin40KHz最

17、低鉗頻工作頻率FsL61.5KHz低輸入直流電壓時工作頻率FsH80KHz高輸入直流電壓時工作頻率Lp300uH初級電感屋Ae169mm2磁芯有效截面積Bmax250mT磁芯最大不飽和磁通密度Np27Ts變壓器初級繞組匝數(shù)Ns5Ts變壓器次級繞組匝數(shù)Na4Ts變壓器輔助繞組匝數(shù)Lg0.51mm磁芯氣隙長度本機輸出功率120W,系統(tǒng)采用昂寶PFC-ICOB6563主動式高.低壓二段PFVf50匕c時，Vdc240%，高壓段V/c150Vac時，VD/=400V動PWM,最低啟動電壓VdcSTART本例是90Vdc141Wx=CBULK(3.14.FarcsinI2r90V,90VxV23.14x

18、60Hzx(2x90V2-90V2)_岔力廬22QuF6.1.3計算變壓器匝比N,最大占空比Dmax本例開關管選用SPP08N80C3(Vds=800V,Ids=8A),整流管選用STTP20H150CT(取其最高耐壓得0.85,Vbr=800*0.85=680V,Vr=150*0.85=128V,AV取120V-AVaxDCmax680V-400V-120V=8219V+0.5V400VNmin=-K；-VF=128V-19V-0.5V=3*7NminNS0KHz1.3240V240V2*0.302*0.852*120W*61.5KHz=298.5wH300譏/=240VDC時，初級峰值電流

19、Ip_3伽Lp*Fsl300譏/*61.5KHzDC240V*0.30初級有效值電流幾RMSL=IpK次級有效值電流/=3.90A*型=1.23A-D=1.23A*5.5*DLmaxOB2203發(fā)生鉗頻的直流工作電壓匕疋血由下式推出FJyrclampDCN*億+匕）(lbOn-BrightOB2203】(lbOn-BrightOB2203】(lbOn-BrightOB2203】(lbOn-BrightOB2203】點嘗5.5*(197+0.5V)5.5*(19V+0.5V)+135V一(lbOn-BrightOB2203】(lbOn-BrightOB2203】(lbOn-BrightOB220

20、3】(lbOn-BrightOB2203】鉗頻峰值電流乙K血5嚴嚴135V*0.44=495ApkLp*Fsclamp30(W7*40KHz*系統(tǒng)在鉗頻電壓135%/以下開始進入CCM,90Vdcm，n啟動時會更深度電流START將大于Ip/EP，取I倍STARTPK=lA*IPKclamp=5.44A90VDCMlN啟動有效值電流IRMSSTARTIRMSSTARTSTARTmaxrSTART*Dsr3=5.444*耳=2.30A(lbOn-BrightOB2203】(lbOn-BrightOB2203】(lbOn-BrightOB2203】(lbOn-BrightOB2203】6丄5計算變

21、壓器初級繞組Np,次級繞組Ns與輔助繞組匝數(shù)Na系統(tǒng)最大輸出功率Po=120W,磁芯選用TDK-Q3220,1005C飽和磁通密度Bs=有效截而積Ae=169ran2,QR模式最大工作磁通密度使用范圍為Bm=0.250.30T,級繞組lai數(shù)NpTL*TLNp=-A300uH*3.90A169mm2*0.25T5次級繞組應數(shù)Ns(lbOn-BrightOB2203】(lbOn-BrightOB2203】(lbOn-BrightOB2203】(lbOn-BrightOB2203】OB2203工作電壓Vcc取15Vdc,輔助繞組匝數(shù)Na19V+0.5VNa=億+匕)*仏=(15V+0.55=4T,

22、On-BrightOB2203;On-BrightOB2203;On-BrightOB2203】On-BrightOB2203;On-BrightOB2203;On-BrightOB2203】rSTARTC1misSP=:2.30410A/mm2=0.23mm2選用銅線有效直徑d=0.45加加銅線，其截而積S*口=(0.45mm、2*3J4=0.159mm2On-BrightOB2203;On-BrightOB2203;On-BrightOB2203】On-BrightOB2203;On-BrightOB2203;On-BrightOB2203】10.33A10A/mm2選用銅線有效直徑d=0

23、.60mm三層絕緣銅線，其截而積S2*n=、2(0.60mm、2丿*3.14=0.282mm2用2根銅線并繞S=0.159mm2*2=0.318m/n2,0.318/nm20.23mm2次級繞組銅線截而積S=1.033mm2用4根銅線并繞S=0.282mm2*4=1.13mm2,A3mm21.033mm2輔助繞組銅線截而積Sa工作電壓Vcc有效值電流取Irms=0.1A,其截而積SA=0.017mw2,選用直彳2銅線3根并繞，其截而積5=0.0113mm2*3=0.034mm20.017mm2變壓器繞制數(shù)據(jù)總結：初級電感3Lp=300uH初級繞組匝數(shù)Np=27匝（00.45祝加*2）次級繞組應

24、數(shù)Ns=5匝（0.60mm*4,三層絕緣銅線）輔助繞組匝數(shù)Na=4匝（0.12mm*3）磁芯氣隙長度Lg=0.51mm采用三明治夾層繞法以提高磁耦合，降低漏感Ls6.1.7計算副邊整流二極管Drev,輸出電容Cout整流二級管正向有效值電流r=10.334ZDmin1*1.5=10.33A*1.5=15.49A選用STTP20H150CT(Vd=l50V,Id=10A*2)肖特基整流管2只輸出電容值，由輸出紋波電流決定，輸出紋波電流厶如IcrmsDC(3(1-Dj丿(、一1=5.99A(3(1-0.30)丿On-BrightOB2203;On-BrightOB2203;On-BrightOB2

25、203】On-BrightOB2203;On-BrightOB2203;On-BrightOB2203】選用1500uF/25V(/?/p=2.23A)電解電容2只和680uF/25V(IRIP=1.45A)電Icap=2.23A*2+1.45A=5.91A6.1.8計算軟啟動電容C,啟動時間Td_on軟啟動時間t取4ms,軟啟動電容Ct4-3C=18nF=16V,啟動電阻Rin取2b2.2V*1052.2V*105取47uFOB2203啟動電流Iddsi=5uA,最大啟動電壓Vth_offVth_off=*1-edTdon=-R*CDOSTmin-IoDST*心=Tdon16V2MW.7如叫

26、-205如2嘰=1.48SD-ONOn-BrightOB2203;On-BrightOB2203;On-BrightOB2203】On-BrightOB2203;On-BrightOB2203;On-BrightOB2203】由于芯片一致性和電容精度的差異，調(diào)試中微調(diào)Rin數(shù)值使Tdon2SOn-BrightOn-BrightQ托SfrTh滋一繰K切制師帯Th滋帖1/9Q托SfrTh滋一繰K切制師帯Th滋帖1/9On-BrightOB2203】OB2203;DUP*SENV-25V19V-25V。-”厶“=33KQSEN500uA光藕發(fā)光二極管正向壓降yOPMAX=1-4V,FB反饋電流IFI3MAX=1.5mAD_MiN，光藕負載電阻心=Rd7?D1OK0On-BrightOn-BrightQ托SfrTh滋一繰K切制師帯Th滋帖1/9Q托SfrTh滋一繰K切制師帯T