集成MOSFET驅(qū)動器的全橋移相控制器-LM5046(二)
摘要:新推出的全橋移相控制器LM5046,全橋變換器的全部功能,LM5046組成的全橋DC/DC基本電路,內(nèi)部等效電路。而其具備28個PIN腳功能,文中一一有分解說明。
關(guān)鍵詞:全橋移相控制器LM5046;28個PIN腳功能 (上接第8期)
(6)逐個周期式電流限制
CS端由變壓器初級電流信號來驅(qū)動,如果CS端電壓超過0.75V電流檢測比較器會立即終止PWM的周期,用一個小的RE濾波器接到CS端并緊靠控制器,用推薦的方法抑制噪聲。內(nèi)部一個18Ω的MOSFET放掉外部電流檢測濾波器上的電荷,每個周期放電一次,放電MOSFET在一個新的PWM周期開始后導(dǎo)通40ns,做前沿尖刺消隱,電流檢測比較器非常快速地去響應(yīng),以縮短噪聲脈沖,對電流檢測濾波器和檢測電阻布局時非常關(guān)鍵,電容與CS端濾波器必須緊靠器件,并直接接到CS和AGND端。如果用電流互感器,其兩個引線緊繞濾波網(wǎng)絡(luò),并緊靠IC。當(dāng)用電流檢測電阻時,所有對噪聲敏感的小功率地線連接都要接在一起,然后接于AGND,并用單一線再接至功率地。
(7)打嗝工作模式
LM5046提供一個限流重起時段去禁止控制器輸出并強(qiáng)制一次延時重新起動, (即打嗝模式),如果限流條件迅速檢測出來,數(shù)個逐個限流周期式需要由外部電容在RES端調(diào)節(jié),在每個PWM周期中,LM5046從RES電容處或者源出或者漏入電流,如果檢測出限流條件,則5μA電流漏被禁止,30μA電流源被使能,如果RES電壓達(dá)到1.0V閾值,重起順序出現(xiàn)。
◇SS和SSSR電容完全充電;
◇30μA電流源關(guān)斷,10μA電流源開啟;
◇一旦RES端電壓達(dá)到4.0V,10μA電流源即關(guān)斷,5μA電流漏開啟,RES電容上的電壓下斜到2V;
◇一旦RES電容電壓達(dá)到2.0V閾值,10μA電流源再次開啟,RES電容電壓在4.0V和2.0V之間上下共八次;
◇當(dāng)計數(shù)達(dá)到八次時,RES端電壓下拉低,軟起動電容釋放重新開啟軟起動過程,當(dāng)SS端電壓達(dá)到1.0V時,PWM比較器將產(chǎn)生第一個窄脈沖;
◇如果過載條件在重新起動后持續(xù),將開始逐個周期式限流,并再次增加RES端電容的電壓,重復(fù)在打嗝模式之下;
◇如果過載條件在重新起動后不再延長出現(xiàn),RES端將保持地電平,其由5μA電流漏保持繼續(xù)正常工作。
打嗝模式功能可以用將RES接到ACND來禁止。在此結(jié)構(gòu)下,逐個周期式保護(hù)將立即限制最大輸出電流,沒有打嗝狀態(tài)再次出現(xiàn)。
(8)PWM比較器
LM5046脈寬調(diào)制比較器是一個三輸入端器件,它比較RAMP端的信號,環(huán)路誤差信號或軟起動信號,無論誰為低電平,都去控制占空比。這個比較器為了實現(xiàn)可控制的最小占空比,將工作速度最佳化,環(huán)路誤差信號系從外部反饋并給隔離電路形成控制電流進(jìn)入COMP端,COMP端電流在內(nèi)部由一對NPN晶體管鏡像出來,它通過一支5kΩ電阻接到5V基準(zhǔn),結(jié)果控制電壓經(jīng)過1V的變化,經(jīng)過2:1的電阻分壓器加到PWM比較器。
光耦檢測器可以接于REF端和COMP端之間,因為COMP端由輸入電流控制,經(jīng)過光耦檢測器的潛在差異接近常數(shù),帶寬限制相位延遲,通常由光耦的有效電容插入,從而大大減小。更高的環(huán)路帶寬可以達(dá)到,因為帶寬限制與光耦一起的極點,現(xiàn)在其在更高的頻率處,PWM比較器的極性與COMP端沒有電流流入結(jié)合在一起,使控制器產(chǎn)生最大的占空比。
(9)RAMP端
在RAMP端的電壓提供調(diào)制的斜波給PWM比較器,PWM比較器在RAMP端調(diào)制斜波信號,經(jīng)環(huán)路誤差信號去控制占空比。調(diào)制斜波信號可以執(zhí)行,或者作為正比于輸入電壓的斜波,或者作為電壓前饋模式的控制。RAMP端由內(nèi)部MOSFET(RSD (ON)5.5Ω)來重新設(shè)置,能使RAMP端,或為電壓型或為電流型控制,允許控制器以最佳控制方法工作,其僅取決于設(shè)計約束。
(10)斜率(SLOPE)端
在占空比大于50%的情況,峰值電流模式控制會產(chǎn)生次諧波震蕩,次諧波震蕩是監(jiān)視寬窄占空比下的正常特性,這可以用加入一個人造斜波來消除之,此即斜率補(bǔ)償去調(diào)制RAMP端的信號。SLOPE端提供一個斜波電流源,從0~100μA,其頻率為RT設(shè)置的振蕩頻率作為斜率補(bǔ)償,斜波電流源在SLOPE端用來以不同方式給RAMP信號加上斜率補(bǔ)償。
①如圖2(a)SLOPE和RAMP端可以通過合適的電阻一起接在CS端,這種結(jié)構(gòu)將射入電流檢測信號加上斜率補(bǔ)償?shù)絉AMP端,但是CS端沒有見到任何斜率補(bǔ)償,因此,在此圖中,斜率補(bǔ)償沒有影響電流限制。
②在第一個圖中,如圖2 (b)SLOPE、RAMP和CS端可以接在一起。在此結(jié)構(gòu)中,斜的電流源從SLOPE端出來通過濾波器電阻電容流出。因此,CS和RAMP兩端將見到電流檢測信號加上斜率補(bǔ)償斜波。在此圖中,電流限制工作由斜率補(bǔ)償完成,限流設(shè)置點將會改變。
如果不需要斜率補(bǔ)償,在電壓前饋模式控制中,SLOPE端必須接到AGND端。當(dāng)RT端同步到外時鐘時,推薦禁止將SLOPE端加上斜率補(bǔ)償,由外部從VCC到CS端接上一支合適的電阻來完成。
(11)軟起動
軟起動電路允許功率變換器很好地達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)工作點,因此要減小起動應(yīng)力和電流浪涌。當(dāng)偏壓加到LM5046時,SS端電容由內(nèi)部MOS-FET將其放電。當(dāng)UVLO、VCC及REF端達(dá)到工作閾值內(nèi)時,SS電容被放開,開始由20μA電流源重新充電,一旦SS端電壓跨過1V,SS將控制占空比,PWM比較器是一個有三輸入端的器件,它比較RAMP信號應(yīng)對軟起動和環(huán)路誤差信號之間的較低信號。在典型的隔離應(yīng)用中,在二次側(cè)建立起偏置源后,二次側(cè)的誤差放大器開始軟起動并建起閉環(huán)控制來取代從SS端的控制方法。
關(guān)斷調(diào)節(jié)器的一種方法是將SS端接到GND,這樣強(qiáng)制內(nèi)部的PWM控制信號到GND,迅速減少輸出占空比到0,相關(guān)的SS端開始軟起動周期使正常工作恢復(fù),第二個關(guān)斷方式是在UVLO部分設(shè)置。
(12)柵驅(qū)動器輸出
LM5046提供四個柵驅(qū)動器,兩個浮動的高邊柵驅(qū)動器HO1和HO2,兩個接GND的低邊驅(qū)動LO1和LO2。每個內(nèi)部驅(qū)動器都能源出1.5A峰值漏入2A峰值電流。初始時,HO1和LO2先一起導(dǎo)通,隨后四個柵驅(qū)動都關(guān)斷,然后HO2和LO1一起導(dǎo)通,低邊柵驅(qū)動器直接由VCC供電,而HO1和HO2柵驅(qū)動器則從升壓電容處供電,升壓電容接于BST1/BST2和HS1/HS2之間,一個外部二極管接于VCC和BST之間,提供高邊柵驅(qū)動的功率,其能量從VCC給升壓電容充電得到,當(dāng)高邊MOSFET導(dǎo)通時,BST1升到峰值電壓為VCC+VHS1。此處VHS1為開關(guān)結(jié)點電壓,BST和VCC電容要緊靠LM5 046的相應(yīng)端子,以防止寄生電感,減小電壓傳輸,推薦BST電容為0.1μF,或者再大一些,一個低ESR/ESL電容用于此處,防止HO傳輸壓降。
如果COMP端為開路,輸出將工作在最大占空比,最大占空比對每一相都有死區(qū)時間其由RD1電阻設(shè)置,如果RD1電阻為0,則最大占空比略小于50%,因IC內(nèi)有一個固定的死區(qū)時間,內(nèi)部固定的死區(qū)時間為30ns,它不會隨著工作頻率變化,最大占空比對每個輸出都可以用下面公式算出
此處,T1是由RD1電阻和FOSC設(shè)置的時間,F(xiàn)OSC是震蕩頻率。例如,設(shè)置400kHz振蕩頻率,T1時間由RD1電阻設(shè)在60ns,結(jié)果DMSX為0.488。(未完待續(xù))
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