電流模式PWM控制器滿足綠色電源設計需求

隨著市場發(fā)展以及人們對環(huán)境問題的廣泛關注，低成本、低待機功耗和高效率的電源IC越來越受到歡迎。降低系統(tǒng)待機功耗、提高系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率成為綠色電源IC的發(fā)展方向。今天的電源應用日益廣泛，而且大部分情況下，電源是處于待機狀態(tài)，雖然單個電源在待機狀態(tài)下消耗的功率比較小，但整個市場龐大的用量累加起來導致消耗的總功率相當大，占到整個電源總功耗的15%甚至更多。經(jīng)過近幾年電源IC技術(shù)的快速發(fā)展，目前市場上大部分產(chǎn)品都能滿足能源之星EPS2.0所規(guī)定的待機功耗300mW的要求。如今，超低待機功耗技術(shù)開始流行起來，在30W以下電源中待機功耗最小可達到30mW，未來可望更低。

在激烈的市場競爭環(huán)境下，西安芯派整合技術(shù)優(yōu)勢并加強研發(fā)管理，不斷完善高性能綠色電源芯片產(chǎn)品線。在現(xiàn)有SW265X系列、SW253G和SW2263等基礎上，最新推出SW2273、SW2801（QR模式）和SW2306（QR模式）等系列高效率、超低待機功耗綠色電源芯片。為滿足市場需求，芯派有針對性的推出了一款高性能、低成本、電流模式PWM控制器——SW2604，該芯片外圍線路簡單，系統(tǒng)設計靈活；其待機功耗小于200mW,適用于適配器、機頂盒電源、小家電和LED照明領域。本文將重點介紹SW2604的技術(shù)特點與應用設計注意事項。


圖1：SW2604內(nèi)部電路參考框圖

SW2604的技術(shù)特點

SW2604內(nèi)部電路參考框圖如圖1所示。該電源控制器可工作在典型的反激電路拓撲中，構(gòu)成簡潔的AC/DC轉(zhuǎn)換器；在85~265V的寬電壓范圍內(nèi)可提供高達12W的連續(xù)輸出功率；借助優(yōu)化的電路設計并結(jié)合高性價比雙極型制造工藝，最大程度節(jié)約了產(chǎn)品的整體成本。SW2604內(nèi)部電路如圖1所示。芯片內(nèi)部啟動電路被設計成一種獨特的電流吸入方式，可利用功率開關管的本身放大作用完成啟動（開關管Ic對Ib的放大），從而顯著降低了啟動電阻的功率消耗。在輸出功率較小時，Ic將自動降低工作頻率，從而實現(xiàn)了極低的待機功耗；在功率管截止時，內(nèi)部電路將功率管反向偏置，直接利用雙極型晶體管的CB高耐壓特性，大幅提高功率管的耐電壓能力直到700V高壓，這保證了功率管的安全；芯片內(nèi)部還提供了完善的防過載、防飽和功能，可實時防范過載、變壓器飽和、輸出短路等異常狀況，提高了電源可靠性。SW2604主要特點如下：

A 工作頻率可調(diào)

SW2604的工作頻率由外部CT電容可調(diào)。芯片內(nèi)部電流源對CT電容進行100μA恒流充電形成時鐘上升沿，在充電電壓至2.5V時，內(nèi)部電路將以1.9mA的下拉電流對CT放電，形成時鐘下降沿，完成一個時鐘周期。對于雙極性功率開關而言，需要考慮存儲時間對開關損耗的影響，開關頻率通常設置在70KHz以下。

B 過溫度保護功能

SW2604芯片內(nèi)部集成了精確的過溫保護功能。在芯片內(nèi)部溫度達到140℃，熱保護電路動作，將時鐘信號下拉，使開關頻率降低，降低功耗。開關頻率隨溫度的升高而降低，直至振蕩器關閉。如圖2所示。


圖2：SW2604芯片內(nèi)部集成了精確的過溫保護功能。

C 獨特的功率管驅(qū)動特性與高耐壓偏置技術(shù)

SW2604內(nèi)部集成功率管采用斜坡電流驅(qū)動，驅(qū)動電流隨輸出功率增加而增加，在FB=0時，OB電流約為40mA,在FB=6V時，OB電流約為120mA,小輸出時的驅(qū)動功耗得到顯著降低。芯片內(nèi)部集成了獨特的偏置技術(shù)，在功率管關斷時，OE輸出到約1.5V，反向偏置發(fā)射結(jié)，加速Ic電流的下降速度，擴展了有效的安全工作區(qū)，開關管承受反向的CB電壓，使開關管達到700V的電壓承受能力。

D 過壓與欠壓保護功能

SW2604芯片具有帶遲滯的欠電壓保護功能。在VCC電壓達到8.8V時IC開始啟動，這個初始的啟動電壓由驅(qū)動電阻提供，輸入的高電壓通過驅(qū)動電阻注入開關管的基極，放大的Ic電流在IC內(nèi)部經(jīng)過限制電路對VCC電容充電，從而形成驅(qū)動電壓，在IC正常工作時應保持VCC電壓在4.8-9V之間（包括滿載情況），若VCC電壓下降到4.4V時，則振蕩器進入關閉狀態(tài)；VCC進一步降低到3.8V，IC即開始重新啟動。

芯片內(nèi)部VCC具有一個上限電壓比較器控制，若VCC試圖大于9.6V，則比較器動作，F(xiàn)B將被下拉，鎖定VCC至9.6V，達到過電壓的限制功能。利用此功能可以方便地實現(xiàn)前端的電壓反饋功能，也可避免輸出開環(huán)時的輸出電壓大幅度升高現(xiàn)象，保證負載安全。

E 最大開關電流限制功能

SW2604具有逐周期電流限制功能。每個開關周期均對開關電流進行檢測，達到FB設定的防上限電流時即進入關周期，電流的檢測具有實時前沿消隱功能，屏蔽開關尖峰，避免開關電流的錯誤檢測。合理的溫度檢測消除了溫度的影響，相對常規(guī)的MOSFET開關芯片，在一個較寬的范圍內(nèi)，開關電流都可以非常精準，這樣就允許設計者在設計方案時不必留有太大余量即可滿足較大工作范圍，從而提高電路的使用安全性。SW2604的最大開關電流限值為1000mA，可以很容易地實現(xiàn)大于12W的輸出功率，且滿足寬溫度范圍。


表1：SW2604推薦工作條件

設計注意事項

SW2604是一個典型集成功率開關的高性能電源IC，外圍電路簡單，如圖3所示。因為功率開關管集成在芯片內(nèi)部，開關管的開關損耗產(chǎn)生的熱量會使芯片發(fā)熱，因此在使用時需要一定的散熱措施，以避免過高的溫度導致IC熱保護。一個簡單的辦法就是在PCB布線時，在IC的PIN7-8腳鋪設一定面積的PCB銅箔，在銅箔上面鍍錫增加散熱能力。在PCB布線時，應將Pin6與Pin7之間保留1mm以上的安全距離，避免產(chǎn)生放電現(xiàn)象。



圖3：SW2604是典型集成功率開關的高性能電源IC，外圍電路簡單。

本文小結(jié)

SW2604是一款中小功率的高性能電流模式PWM電源控制器，頻率可外部編程，芯片內(nèi)部集成雙極型三極管作為開關管；同時利用其放大作用完成啟動，并將啟動電阻功耗減小10倍以上。SW2604外圍線路簡單，系統(tǒng)設計靈活；其待機功耗小于200mW,適用于適配器、機頂盒電源、小家電和LED照明領域。此外，西安芯派還推出了一系列高精度恒壓恒流PSR控制器SW2601A、SW2601、SW2602。此系列IC內(nèi)置高壓MOSFET，頻率抖動改善EMI，外圍線路更簡單。使LED電源體積更小、效率更高、性能更穩(wěn)定，可滿足20W以下LED電源需求。