準諧振PWM控制器NCP1207在40-100W電源適配器上的應用

準諧振PWM控制器NCP1207在40-100W電源適配器上的應用.準諧振模式PWM控制器NCP1207的特點.動態(tài)自供給(DSS)..電流模式控制..臨界模式,準諧振工作原理..過負載保護,過電壓保護.依據(jù)負載的不同,開關脈沖序列ON/OFF時間不同..如何設計電路中主要器件的參數(shù)..開關頻率的確定..開關變壓器參數(shù)的設計..其它參數(shù)的設計..實際應用中的效率曲線與開關波形.

安森美的NCP1207是一款專著于反激、電流模、準諧振模式PWM控制器。由NCP1207構(gòu)成的離線式功率變換器用于消費電子產(chǎn)品是一不錯的選擇。如用在筆記本電腦電源適配器、離線式電池充電器、DVD電源供應器、機頂盒電源等。同時,由于NCP1207工作在準諧振模式,用于消費類小功率電子產(chǎn)品的電源中，電源的電磁騷擾明顯減小，電源在輕載時效率可高于是70%，同時它還可以用于反激式同步整流，更進一步提高電源的較率。NCP1207是一個8PIN封裝PWMIC，各腳的功能如圖式。動態(tài)自供給(DSS):傳統(tǒng)開關控制器必須在高電壓直流導線與其芯片Vcc之間連接一個電阻，以用于啟動。NCP1207的高電壓引腳可以直接連通到高電壓導線上，不但確保了正確、無損耗的啟動序列，而且可以不依賴輔助繞組而工作。在二次重構(gòu)方式待機時，DSS維持了NCP1207的Vcc供給，從保證了DVD,電視機等在待機狀態(tài)下,機器內(nèi)的MCU的正常工作電壓。電流模式控制.每個開關周期的電流檢測,以幫助我們防止開關變壓器的初級過電流引起開關變壓器的鐵芯飽和而產(chǎn)生的電源供應器不良.臨界模式,準諧振工作.所謂臨界是指由NCP1207構(gòu)成的電源變換器在任何輸入,輸出條件下,電源變換器都不會進入電流連續(xù)模式.它的實現(xiàn)是通過輔助繞組來檢測過零電壓,這樣確保開關變壓器的磁芯完全復位.通過附加響應延遲電路,再重新開啟MOSFET,此時MOSFET是在最小電壓下開通,稱此種開關方式為準諧振工作.在這種工作方式中,因MOSFE是在最小電壓下開通,在小功率應用中減小了開關損耗的同時也減小了電磁騷擾.

過電壓保護通過設定和調(diào)整輔助繞組的感應電壓與NCP1207PIN1腳上的設定電壓7.2V比較.如果輔助繞組上感應的電壓超過7.2V.則NCP1207進入過電壓鎖定狀態(tài).同時NCP1207PIN6

引腳的電壓由VCC電壓降至4.0V.只有使用者重新拔下和插入主電源插座電源才能重新啟動.

過負載保護通過不斷的監(jiān)測反饋環(huán)節(jié)的電壓情況來確定輸出電壓是否出現(xiàn)過載.具體原理如下.如有輸出發(fā)生過載情況.必然將引起輸出電壓下降.反饋環(huán)節(jié)開路后使NCP1207FB引腳電壓上升，觸發(fā)NCP1207P進入所謂的HICUP

模式.NCP1207在此種模式下,如果故障消失.電源能重新進入正常工作模式.依據(jù)負載的不同,開關脈沖序列ON/OFF時間不同.以下是用NCP1207為PWM控制芯片制作的70WAC/DC

準諧模式的功率變換器為例來說主要器件的設計方法.功率變換器有以下額定參數(shù):輸出功率：

72W輸出電壓一：24VDC+/-2%

輸出電壓二： 12VDC+/-5%輸出電流一:2.4A

輸出電流二： 1.2A最小輸入電壓： 100VAC最大輸入電壓：264VAC最小開關頻率： 70kHz功率變換器電原理圖如圖一所示:電路原理描述:

主電路工作過程AC100V-264V電壓經(jīng)VAR1防雷擊保護、R2防電流浪涌、C2L2防傳導騷擾后，連結(jié)至整流器BD1。經(jīng)BD1整流和C3濾波后得到脈動的直流高壓電壓，此直流高壓直接連結(jié)至NCP1207P的8腳。通過NCP1207P（IC1A）內(nèi)部的高壓恒流源穿過NCP1207P6腳向C13充電。充電電流為8mA。當6腳電壓上升至12V時，NCP12075腳開始有開關脈沖輸出。高壓直流電壓通過變壓器T101的初級繞組、M1、7RA7RB7RC到電源的地端。此時T101通過初級繞組存儲能量。利用變壓器的同名端作用。這時的次級線圈整流管因反向電壓而截止。只有當M1關斷，初級繞組電流有減小趨勢時、此時T101初級繞組存儲的能量通過T101的次級繞組、次級整流管D7D1向電容C5C6C7C14充電與負載供電。輸出電壓控制環(huán)節(jié)輸出電壓控制環(huán)由R14R12R15R10R117RA7RC7RBR6C8R1C9IC2IC3IC1A（NCP1207P）組成。R14R12R15為24V電壓取樣電路，當24V電壓有升高趨勢時。R15上電壓上升。IC2為基準電源、取樣信號放大電路。放大后的信號出驅(qū)動IC3，使NCP12072腳電壓下降。通過NCP1207內(nèi)部PWM比較器。IC1A5腳輸出為低電壓使T101初級繞組存儲能量減小，次級線圈電壓下降而使24V電壓下降。當24V電壓有下降趨勢時。此時電路的工作方式側(cè)反之。R10為IC3的限流電阻、R11為防止IC2進入死區(qū)、C8C9R1是為了提高反饋環(huán)的響應速度。7RA7RB7RC有兩個作用。第一:正常工作時，7RA7RB7RC上產(chǎn)生的電壓通過R6連結(jié)至NCP12073腳。參與NCP1207內(nèi)部PWM的控制（實際是電流控制環(huán)）。第二:當7RA7RB7RC上產(chǎn)生的電壓超過1V的電壓時，通過R6連結(jié)至NCP12073腳觸發(fā)NCP1207內(nèi)部過電流保護。立即使NCP12075腳輸出低電平。有效的保護電路的功率器件。R6還具有在MOSFET開通瞬時,抑制峰值電流的作用.實現(xiàn)方法是由于NCP1207在關斷時,內(nèi)部有一200uA的電流通過NCP12073腳R6R7AR7BR7C到電源公共端.這樣在R6的兩產(chǎn)生0.2V的壓降，此電壓與M1開通時7RA7RC7RB感應電壓疊加。有效的抑制開通時的峰值電流。

最大Ton時間的限制由于NCP1207P是工作在變頻模式。隨著AC輸入電壓的降低Ton時間變大。使因開關電源的變壓器飽和，而損壞M1和NCP1207P。

NCP1207的工作模式NCP1207共有四種工作模式。過電壓鎖定模式。電路的實現(xiàn)是通過T101的輔助繞組感應的電壓，經(jīng)R8R5分壓后送至IC1A的腳。當分壓點電壓超過7。2V時。NCP1207立即停止開關脈沖電壓輸出。同時NCP1207PIN6引腳的電壓由VCC電壓降至4.0V.只有使用者重新拔下和插入主電源插座電源才能重新啟動.另外三種工作模式取決于功率變換器的輸出功率。當輸出功率為設計功率的1/3，此時R7AR7BR6C的電壓在0。3V以下時。NCP1207進入脈沖串工作模式。使開關電源的效率在輕載時變高。達到節(jié)能的目的。當輸出功率大于1/3的設計功率，NCP1207進入正常工作模式。當輸出功率大于的設計功率。NCP1207進入較長周期的停止，短暫的啟動模式。主要器件的計算:變壓器的計算：

設計功率變換器的輸出功率72Watts.假設功率變換器的輸出功率為80%，輸入功率為：最小輸入電壓情況下的平均輸入電流：選用耐壓為600V的MOSEFT。采用無源RＣ箝位電路。采用反激式開關模式時，最大的占空比為：變壓器初級繞組的峰值電流為:最低輸入電壓時,功率轉(zhuǎn)換器的開關頻率為最低設定70KHZ.最大導通時間為:

我們使用國產(chǎn)(TDG)鐵氧體EER28C,Ae=85.8mmBmax=0.36T實際選用Bmax=0.2T.變壓器初級繞組圈數(shù)為:(實際為56圈)初級電感量為:(實際值為:400uH)變壓器鐵芯電感系數(shù)AL:

24VDC輸出繞組的圈數(shù)為:12VDC輸出繞組的圈數(shù)為:系數(shù)1.3是為了保證當主繞組為輕載時,而12V繞組輸出為1.2A時,輸出電不低于11V.輔助繞組圈數(shù)為:變壓器的繞制和線徑如下:

三

線圈規(guī)格:

端子號

使用線規(guī)

圈數(shù)

繞制方法

12～10

2UEW-φ0.40×2

38

雙線并繞

11～8

2UEW-φ0.40×1

8

均勻散繞

6～1

2UEW-φ0.45×3

12

三線并繞

4～3

2UEW-φ0.40×3

8

三線并繞

10～7

2UEW-φ0.40×2

18

雙線并繞

線圈結(jié)構(gòu)圖:

初級線圈電流控制:初級線圈電流控制由電流取樣電阻R7AR7BR7C.開關電流緩沖電阻R6NCP12073腳組成.NCP12073腳為CS(currentsense).最大門限電壓為1V.所以電流取樣電阻的電阻值為:在實際的應用中我們分別用R7AR7BR7C三個1R的電阻并聯(lián)使用.

開關電流緩沖電阻R6的計算:當NCP12075腳為低電平時,NCP12073腳向外輸出勤200uA的電流.這個電流在流過R6,R7A/R7B/R7C時產(chǎn)生電壓.此電壓與在M1導通瞬間初級電流感應(R7A/B/C)疊加.以減小開關電流開通瞬間的峰值.一般設定為0.2V.所以R6的值為:開關變壓器的磁復位檢測與過壓保護開關變壓器的磁復位檢測由輔助繞組R8NCP12071腳組成.輔助繞組的過零點電壓通過R8直接通連結(jié)至NCP12071腳.通過內(nèi)部的過零電路為NCP1207下一周期開通產(chǎn)生必要條件.同時R8還有限制流入NCP12071腳的電流作用.NCP12071腳的另一個作用是過電壓保護.NCP1207過電壓保護的基準電壓為7.2V.當輔助繞組檢測到的電壓通過R8與NCP12071腳內(nèi)接通到地電阻分壓.分壓點的電壓超過7.2V時.NCP12075腳立即停止開關脈沖輸出.同時NCP1207PIN6引腳的電壓由VCC電壓降至4.0V.只有使用者重新拔下和插入主電源插座電源才能重新啟動.R8的阻值為:C5主要是開關電壓尖峰的吸收,其值的大小可在實際中確定.一般為:470—1000P.

反饋環(huán)的計算:反饋環(huán)是基于次級24VDC輸出電壓的調(diào)整.選取24VDC為調(diào)整電壓原因為:24VDC的輸出功率占全部輸出阻抗功率的80%.另外24V要求精度高.IC2TL431內(nèi)部有一個2.5V的參考點電壓.24VDC通過R14R15R12分壓后,將R15上的電壓直接連結(jié)至TL431的參考引腳.R15的阻值設定為:5.6K.R14+R12的值由下式計算:由R14=38KR12=10K串聯(lián).R11電阻是為了滿足TL431工作時的最小電流值大于1mA..設定值為R11=4.7K.R10是為限制光耦流過的電流小于10mA.設定值為R10=2.4K.C8R1C9是要目的是為了提高反饋環(huán)的響應速度.其值一般由電路中調(diào)試確定.這里的取值為C8=10NFC9=100NFR1=4.7K.開關變壓器的初級繞組電壓尖峰吸收回路.開關變壓器的初級繞組電壓尖峰吸收回路