新穎電壓型有源箝位正激控制IC-LM5027

摘要：文中詳細(xì)介紹了電壓型有源箝位正激控制IC-LM5027的特點(diǎn)、引腳功能、工作原理及應(yīng)用電路。LM5027包含了很多新技術(shù)特色，除基本的有源箝位正激電路的常規(guī)功能之外，還增加了三個(gè)輸出信號(hào)之間的埋單延遲調(diào)節(jié)，從而能更好地實(shí)現(xiàn)低EMI和高效率的功率變換。
關(guān)鍵詞：LM5027；脈寬調(diào)制；電壓前饋；打呃

LM5027脈寬調(diào)制器的主要特點(diǎn)有：電壓型控制，加入電壓前饋功能；內(nèi)部105V的高壓啟動(dòng)源；可調(diào)節(jié)的欠壓關(guān)鎖；兩種模式的過流保護(hù)方法；可調(diào)節(jié)的伏秒積限制；可調(diào)節(jié)的軟起動(dòng)時(shí)間；可調(diào)節(jié)的同步整流器驅(qū)動(dòng)的起動(dòng)和停止；精準(zhǔn)的0．5V過流比較器；電流檢測(cè)功能加入前沿消隱；可調(diào)的兩輸出之間的延遲時(shí)間，以達(dá)到ZVS開關(guān)。
LM5027的基本應(yīng)用電路如圖1所示。

1 引腳功能介紹
LM5027的20個(gè)引腳功能如下：
1 PIN VIN：高壓起動(dòng)源輸入，輸入工作電壓范圍為13～90V，最大耐壓為105V，LM5007也可以從VCC直接給外偏置源。
2 PIN RAMP：電壓前饋調(diào)制端，外部從VIN接一RC電路，設(shè)置PWM斜波斜率，在每個(gè)周期結(jié)束時(shí)放電，如果此端電壓超過2．5V，即限制最大伏秒積到變壓器初級(jí)。
3 PIN TIME3：延遲調(diào)節(jié)，外部接一個(gè)電阻，設(shè)置主箝位輸出的重迭延遲，RTIME3電阻接于此端到AGND，設(shè)置OUTA關(guān)斷到OUTB開啟的脈沖延遲。
4 PIN TIME2：延遲調(diào)節(jié)2，外部接一支電阻設(shè)置OUTSR輸出的重迭延遲，RTIME2接于此端到AGND，設(shè)置OUTA關(guān)斷到OUTSR開啟的脈沖延遲。
5 PIN TIME1：延遲調(diào)節(jié)1，外部接一支電阻設(shè)置箝位輸出的重迭延遲，RTME1電阻接于此端到AGND，設(shè)置OUTB和OUTSR關(guān)斷到OUTA開啟之間的重迭延遲。
6 PIN AGND：IC的模擬地，直接接到PGND。
7 PIN RT：振蕩頻率設(shè)置及外同步輸入，通常內(nèi)部放大器偏置在2V處，外部接一電阻到AGND，設(shè)置振蕩頻率，外部送入高于內(nèi)部振蕩器頻率時(shí)即同步到外部頻率。
8 PIN COMP：接到脈沖寬度調(diào)制器處，外部反饋光耦，直接接在此端，經(jīng)內(nèi)部NPN電流鏡源入電流，PWM占空比在零輸入電流時(shí)最大，在1mA電流送入時(shí)占空比為0，電流鏡可以改善頻率響應(yīng)．它減少了光耦中光電三極管的AC電壓。
9 PIN REF：輸出5V的基準(zhǔn)電壓源，最大可供出10mA電流，外接0．1μF電容旁路去耦。
10 PIN OUTB：輸出驅(qū)動(dòng)器，外部驅(qū)動(dòng)箝位MOSFET(P型)的柵，源出漏入電流能力為1A。
11 PIN OUTA：輸出驅(qū)動(dòng)器，外部驅(qū)動(dòng)功率MOSFET (N型)的柵，源出漏入能力為2A。
12 PIN OUTSR：控制二次惻同步整流的MOSFET的柵，源出漏入電流能力為3A。
13 PIN VCC：IC起動(dòng)穩(wěn)壓器的輸出，即內(nèi)部高壓起動(dòng)源的輸出，起動(dòng)時(shí)為9．5V，正常運(yùn)行時(shí)為7．5V，如果外接輔助繞組整流的電壓要略高于此電壓，此時(shí)內(nèi)部高壓起動(dòng)源將關(guān)閉，以減小IC功耗。
15 PIN CS：電流檢測(cè)輸入端，在IC內(nèi)作逐個(gè)周期式限流，如果CS端電壓超過500mV，IC輸出驅(qū)動(dòng)將終止，進(jìn)入逐個(gè)周期式限流模式，在CS端電壓降下后100ns主輸出OUTA開關(guān)變?yōu)楦唠娖?，消隱前沿。
16 PIN SS：軟起動(dòng)輸入，內(nèi)部一個(gè)20μA電流源給此端外部軟啟動(dòng)電容充電，設(shè)置軟啟動(dòng)速率。
17 PIN RES：重新啟動(dòng)時(shí)段。如果逐個(gè)周期式限流電平在任何一個(gè)周期中達(dá)到，一個(gè)22μA電流源流進(jìn)RES電容，如果RES電容電壓充電到1.0V，就開始打嗝模式，SS和SSSR電容即放電，控制器輸出終止RES電容上的電壓在4V和2V之間抖動(dòng)八次，第八次之后SS端電容被釋放，開始正常的啟動(dòng)順序。
18 PIN SSSR：同步整流器輸出的軟起動(dòng)。一支外部電容和內(nèi)部25μA電流源來設(shè)置同步整流器輸出(OUTSR)的軟起動(dòng)斜波。
19 PIN OTP：過熱保護(hù)。OTP比較器用于過熱關(guān)斷保護(hù)，外部接一個(gè)NTC熱敏電阻分壓器來設(shè)置關(guān)斷溫度。OTP比較器閾值為1．25V。窗口當(dāng)OTP端電壓超出閾值時(shí)，由內(nèi)部電流源20μA流入外部電阻分壓器。
20 PIN UVLO：路線欠壓鎖定，外部從VIN處接一個(gè)電阻分壓器來設(shè)置關(guān)斷點(diǎn)及待機(jī)比較器的電平，VCC和REF兩個(gè)穩(wěn)壓器在UVLO達(dá)到0．4V時(shí)關(guān)斷，而UVLO為2V時(shí)，SS端被釋放，器件重新工作。窗口由內(nèi)部電流源(20μA)和外部分壓器電阻設(shè)置。
2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能
2．1 高壓起動(dòng)源
LM5027 IC內(nèi)部有一個(gè)高壓起動(dòng)穩(wěn)壓器。它的VIN端可以直接接到線路輸入電壓(100V)穩(wěn)壓器輸出電流限制在55mA，當(dāng)UVLO端電壓超過0.4V時(shí)。VCC穩(wěn)壓器使能，接到VCC外部的電容充電，VCC穩(wěn)壓器再提供能量給電壓基準(zhǔn)REF及三個(gè)柵驅(qū)動(dòng)輸出。當(dāng)VCC電壓達(dá)到9.5V時(shí)?？刂破鞯妮敵鍪鼓?，內(nèi)部基準(zhǔn)達(dá)到5V穩(wěn)壓點(diǎn)。UVLO端電壓大于2V。OTP電壓大于1.25V，輸出驅(qū)動(dòng)進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)，除非UVLO低于2V。OTP端降到1.25V以下。VCC電容值取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)和啟動(dòng)特性，標(biāo)準(zhǔn)值為0．1～100μF。在典型應(yīng)用中變壓器輔助繞組必須能經(jīng)過二極管到VCC的電壓達(dá)到2．5～7．5V。經(jīng)過輔助繞組供電可以改善效率，減少控制IC的功耗。此時(shí)高壓起動(dòng)源關(guān)斷，如果直接使用外部供電源可以將VIN和VCC接在一起。
2．2 線路欠壓檢測(cè)器
LM5027有兩個(gè)電平檢測(cè)的UVLO電路。當(dāng)UVLO大于0．4．V，但還低于2V時(shí)，控制器處于待機(jī)模式。此時(shí)VCC和REF兩個(gè)穩(wěn)壓器激活，但控制器的輸出還被禁止。這個(gè)特點(diǎn)使LM5007用于遙控功能。令UVLO低于2V時(shí)，LM5027進(jìn)入軟關(guān)斷程序。0．4V的關(guān)斷比較器有100mV的窗口。當(dāng)VCC和REF輸出超過其給定的欠壓閾值。UVLO端電壓也大于2V。OTP端電壓大于1．25V時(shí)，控制器輸出使能。進(jìn)入正常工作。外部電阻分壓器從VIN接到GND，可以用來設(shè)定最小工作電壓。此時(shí)的UVLO必須大于2．0V。如果此值滿足，則三個(gè)輸出都被禁止。UVL0的窗口由內(nèi)部20μA電流源決定。
2．3 逐個(gè)周期式限流
CS端由變壓器初級(jí)電流的代表信號(hào)驅(qū)動(dòng)。如果CS端電壓超過0．5V。電流檢測(cè)比較器就會(huì)終止三個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)脈沖。占空比取決于該比較器，替代了PWM比較器用一個(gè)小RC濾波器接到CS端以抑制噪聲。內(nèi)部5Ω的MOSFET在每個(gè)周期結(jié)束時(shí)，會(huì)放掉CS外部電容上的電荷。在OUTA驅(qū)動(dòng)器開關(guān)為高電平的30ns之前。放電MOSFET的內(nèi)部處于導(dǎo)通狀態(tài)。以消隱電流檢測(cè)電路的前沿瞬態(tài)。在每個(gè)周期中，CS端放電，消隱前沿尖峰可以減小對(duì)濾波的需要，并改善電流檢測(cè)的響應(yīng)時(shí)間。電流檢測(cè)比較器動(dòng)作非?？?。并在噪聲脈沖期間迅速響應(yīng)。
2．4 重新起動(dòng)時(shí)間延遲(打嗝模式)
LM5027提供一個(gè)限流重新起動(dòng)時(shí)段去禁止輸出。并強(qiáng)制其延遲重新起動(dòng)，如果重復(fù)檢測(cè)到了限流條件，將有數(shù)個(gè)逐個(gè)周期式限限流動(dòng)作，此時(shí)去觸發(fā)重新起動(dòng)，其采用在RES端放一個(gè)電容來實(shí)現(xiàn)，在每個(gè)PWM周期內(nèi)，LM5027從RES端或者源出或者漏入電流，如果沒有限流條件檢出。漏入5μA電流將RES端電平拉到GND。如果檢出限流條件，則禁止此5μA漏入電流，而是源出22μA電流使RES端電壓大幅增加。如果RES端電壓達(dá)到1V閾值，就出現(xiàn)下面的重新起動(dòng)過程：
◇SS和SSSR電容全部放電。
◇RES 20μA電流源關(guān)斷，5μA電流源開啟。
◇RES端電壓允許充到4V。
◇當(dāng)RES端電壓達(dá)到4V時(shí)，5μA電流源關(guān)斷，5μA電流漏開啟。RES端電容電壓下降到2V。
◇RES電容電壓在2V和4V之間往返八次。
◇當(dāng)次數(shù)到八次時(shí)，RES端電壓拉下，軟起動(dòng)電容被釋放，開始軟起動(dòng)程序。SS電容電壓慢慢增加，當(dāng)SS端電壓達(dá)到1V時(shí)，PWM比較器將產(chǎn)生第一個(gè)窄脈沖在OUTA處。
◇當(dāng)SS端電壓達(dá)到4．0V時(shí)，SSSR端被釋放，以25μA電流源充電。同步整流器軟起動(dòng)進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)期。
◇如果過載條件在重新起動(dòng)后仍存在。逐個(gè)周期式限流又將開始，并增加RES端的電容電壓，重新進(jìn)入打嗝模式。
◇如果過載條件在重新起動(dòng)后，沒有延長，則RES端將幫助以5μA電流漏放電到GND，恢復(fù)正常工作。