利用高性能PWM控制器芯片SE3910構建AC/DC轉換器解

利用高性能PWM控制器芯片SE3910構建AC/DC轉換器解決方案

目前，在100W以下電源方案中，一般都使用脈沖寬度調制（PWM）控制芯片來實現(xiàn)PWM的調制，開關控制模式相對直流工作模式有很高的工作效率，使用反激離線工作模式，提高了系統(tǒng)工作的安全性，非常適合應用在便攜式充電設備及電源適配器，比如，手機充電器，電源適配器等，因此，AC/DC PWM開關電源芯片在市場上的需求量非常大。不過傳統(tǒng)的AC/DC電源方案都是使用變壓器次級線圈反饋模式（SSR）,變壓器次級反饋工作模式都需要低壓端的恒壓－恒流控制芯片協(xié)助完成電壓的轉換和實現(xiàn)恒流，此類應用方案增加了系統(tǒng)應用復雜程度，同時還增加系統(tǒng)方案的設計成本，本文要介紹的AC/DC電源控制芯片是思旺電子的SE3910，這是一款變壓器原邊線圈反饋模式（PSR）的PWM控制芯片。

　　SE3910技術特點

　　SE3910是一款綠色模式PWM控制器芯片,適用于小功率AC/DC充電器,適配器及LED驅動方案；該芯片為SOP－8封裝，PWM模式工作時開關頻率固定在40KHz,其內部集成了恒壓恒流控制模塊，應用方案使用PSR模式，省略了傳統(tǒng)方案中的光耦合器、恒壓/恒流控制芯片及其周圍電路，大大簡化了芯片的應用成本，降低了系統(tǒng)應用的復雜度。

　　芯片設計時特別考慮了EMI，對開關頻率模塊特別設計有頻率抖動功能，每3.2ms的周期內按所設計的順序出現(xiàn)8種不同的開關頻率，將電磁干擾頻譜轉移到一個相對較寬的頻率帶寬，從而達到優(yōu)化系統(tǒng)EMI的目的。

　　同時SE3910的工作狀態(tài)使用多模式調節(jié)功能，在空載或輕負載時，芯片會自動進入PFM工作模式，保證電源系統(tǒng)輸入能量和輸出能量精確守恒，防止了輕載或空載時能量過大，當負載升高到芯片所設置的重載設計值時，芯片會控制系統(tǒng)自動進入PWM工作模式，大幅度的優(yōu)化了系統(tǒng)的工作效率，使系統(tǒng)效率能夠達到80%以上，也減小了空載和輕載工作狀態(tài)下的輸出紋波。

　　芯片設計有軟啟動功能，很好的抑制了系統(tǒng)上電時的大電流，保護了電路板的損壞，減小了系統(tǒng)啟動時的大電流對系統(tǒng)功耗的影響；芯片還具有電源欠壓保護功能，LEB功能、過溫度保護功能等，最大程度的提高了芯片工作時的可靠性和安全性；芯片適合應用在5W及5W以下的電源方案中。

　　典型應用方案

　　SE3910能廣泛應用在各種低功率AC/DC開關電源方案中，比如手機充電器，電源適配器等，除此之外，由于芯片集成有恒流功能，所以也可廣泛應用在小功率LED驅動方案中。

　　圖1是SE3910基本的應用電路，其中由變壓器/輸出級/R3/R4/SE3910等組成負反饋通路，通過調整GATE端的開關信號占空比來控制變壓器的轉換能量，使系統(tǒng)穩(wěn)定在設置的工作狀態(tài)。交流電壓先經過一個橋式整流電路將交流轉換成高壓直流信號，R1和C2組成系統(tǒng)啟動電路，VIN是SE3910的啟動PIN，COMV PIN上的R5、C6和C7組成系統(tǒng)補償電路，確保系統(tǒng)具有穩(wěn)定的頻率響應，F(xiàn)B是輸出電壓檢測PIN，通過設置R3/R4就可以調整變壓器副邊上的電壓，根據變壓器電壓比與匝數(shù)比成正比的原理，來實現(xiàn)對直流輸出電壓的調整；GATE是PWM輸出PIN，它用來控制功率管13003來實現(xiàn)控制變壓器原邊的峰值電流，來達到對變壓器轉換能量的控制，CS PIN用來檢測變壓器峰值電流，當系統(tǒng)工作在恒流模式時，CS PIN上的電壓會被固定在設置的最大值，也就確定了變壓器原邊最大峰值電流，從而實現(xiàn)輸出也恒流，通過調整R6電阻就可以靈活調整輸出恒流值。

　　圖2是目前比較流行的SE3910應用方案實例，一個是充電器方案，另一個是LED驅動方案。系統(tǒng)設計時的關鍵點在于輸出恒壓和恒流值設計。

　　輸出恒壓值的設計：

　　系統(tǒng)的恒壓實現(xiàn)原理是通過SE3910內的運算放大器將由變壓器負反饋的的輸出電壓信號在芯片F(xiàn)B PIN上的采樣值穩(wěn)定在芯片所設置的ref的恒定值，ref 是芯片內部一個帶隙基準源模塊所輸出的恒定電壓為1.5V，從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

　　輸出恒流值設計：

　　系統(tǒng)的恒流設計原理是通過設置Primary Side的峰值電流為恒定值，芯片的CS pin在恒流工作模式時，會被固定在最大值0.8V，0.8V除以R6的值就能將變壓器的原邊最大峰值電流設置在要求值，變壓器兩邊之間的電流比等于匝數(shù)的反比，再乘以反激時的占空比就能得到一個恒定的輸出電流。

　　在選擇上述參數(shù)時需要電阻R3、R4、R6和變壓器的匝數(shù)比的精度要高，這些參數(shù)直接影響輸出恒壓和恒流的精度，其它器件基本上比較通用，只需要按照廠家提供的參數(shù)就可以。

　　系統(tǒng)特點：

　　采用變壓器原變反饋模式（PSR），省略了傳統(tǒng)方案中外圍的光耦合器、恒壓恒流控制芯片及周圍器件，大幅度降低了系統(tǒng)成本；芯片能多模式工作，確保系統(tǒng)達到了較高的工作效率；小于50uA的系統(tǒng)啟動電流；能達到較精確的恒壓和恒流值；輸出有短路保護；小的待機功耗（Standby Power）；寬泛的交流電壓供電范圍（85V~275V）。

　　基于SE3910所設計的開關電源方案，一般只適用輸出在5W及5W以下方案，主要是當輸出功率較大時，變壓器會工作在連續(xù)工作模式（CCM），導致系統(tǒng)效率會下降，輸出恒流精度會變差。

　　本文小結

　　隨著便攜式電子設備越來越流行，便于攜帶的充電器、適配器等相關配件也會越來越受消費者青睞，未來電源方案勢必會向低成本、易攜帶、高性能、高可靠性的方向發(fā)展。高性能PWM控制器芯片SE3910正是順應此趨勢，使用該芯片可以構建使用很少外部元件并在寬的交流電壓輸入范圍內保持高性能的AC/DC轉換器解決方案。