FA5310開(kāi)關(guān)電源控制IC及其應(yīng)用

1引言

許多電子系統(tǒng)都需要開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源的電路多種多樣，其中已有許多采用控制芯片。控制芯片只要再外接一些器件即可組成開(kāi)關(guān)電源，從而大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。

FA5310是日本富士電機(jī)公司的產(chǎn)品，它具有多種保護(hù)功能，外接電路簡(jiǎn)單，有很大的實(shí)用價(jià)值。FA5310具有以下特點(diǎn)：

可直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET（I0＝±1．5A）；寬工作頻率范圍（5～600kHz）；具有逐個(gè)脈沖過(guò)流限制功能；有過(guò)載切斷功能（可選用鎖定或無(wú)保護(hù)模式）；可用外部信號(hào)控制輸出ON／OFF；有過(guò)壓切斷功能（鎖定模式中）和欠壓誤動(dòng)作保護(hù)功能（16V時(shí)導(dǎo)通，8．7V時(shí)關(guān)斷）；等待電流低（90μA）；占空比為Dmax＝46％，可用于正激和反激電路。

圖1為FA5310的引腳排列圖。表1所列為各引腳的功能說(shuō)明。

2工作原理

FA5310的工作原理如下。

2．1振蕩器

振蕩器通過(guò)電容充放電產(chǎn)生三角波。CT腳的電壓在約3．0V到1．0V的范圍內(nèi)振蕩。振蕩頻率由1腳和7腳的外接時(shí)基電阻RT和時(shí)基電容CT決定。如下式：



式中，f的單位為kHz，RT為kΩ，CT的單位為pf。

2．2PWM比較器

PWM比較器有四個(gè)輸入端（如圖2所示）。其中振蕩器輸出（1）與CS腳電壓（2）、FB腳電壓（3）及DT電壓（4）作比較。若（2）（3）（4）腳的最小值比（1）腳低，則PWM比較器輸出為高電平，IC輸出為低電平；否則PWM比較器輸出為低電平，IC輸出為高電平。

圖3為PWM比較器時(shí)序圖。當(dāng)IC加上電源后，可用CS腳電壓控制軟啟動(dòng)工作，輸出脈沖逐漸

變寬。在正常工作時(shí)，輸出脈寬取決于最大占空比Dmax、DT電壓及FB腳電壓。

2．3CS腳電路

CS腳可用于軟啟動(dòng)工作、過(guò)載及過(guò)壓輸出關(guān)斷和輸出的ON／OFF控制。

（1）軟啟動(dòng)功能

當(dāng)電源開(kāi)通時(shí)，10μA的恒流源開(kāi)始給電容Cs充電。CS腳電壓因充電而緩慢上升。因而PWM比較器的輸出脈沖也緩慢變寬。

軟啟動(dòng)時(shí)間可近似地從IC啟動(dòng)到輸出脈沖變寬30％的時(shí)間來(lái)估算。軟啟動(dòng)時(shí)間由下式給出：ts（ms）＝160Cs（μF）

（2）過(guò)載關(guān)斷

如果輸出電壓由于過(guò)載或短路而下降，F(xiàn)B腳的電壓將上升。如果FB腳電壓超過(guò)比較器C3的參考電壓（2．8V），C3的輸出為低電平，將使晶體管Q關(guān)斷。在正常工作時(shí)，晶體管Q是開(kāi)通的。CS腳被穩(wěn)壓管Zn箝在3．6V。該穩(wěn)壓管的最大擊穿電流為65μA。當(dāng)Q關(guān)斷時(shí)，箝制解除，10μA的恒流源開(kāi)始給電容CS充電，CS腳電壓上升。當(dāng)CS腳電壓超過(guò)比較器C2的參考電壓（7．0V）時(shí)，C2的輸出為高電平，從而使偏置電路關(guān)斷。這樣，IC就進(jìn)入了鎖定模式并關(guān)斷輸出，關(guān)斷電流的消耗為400μA（Vcc＝9V）。此電流必須通過(guò)啟動(dòng)電阻提供。而此時(shí)IC給MOSFET柵極開(kāi)始放電。

將電源電壓Vcc降至8．7V以下或?qū)S腳電壓強(qiáng)制降到7．0V時(shí)可以使電路重新啟動(dòng)。
從輸出短路到關(guān)斷偏置電路的時(shí)間周期tOL由下式給出：

tOL（ms）＝340Cs（μF）

（3）輸出ON／OFF控制

如果在電容Cs旁并聯(lián)一個(gè)三極管，并通過(guò)控制三極管的導(dǎo)通和截止來(lái)控制CS腳電壓，即可控制IC的導(dǎo)通或關(guān)斷。

如果三極管導(dǎo)通，CS腳電壓降到0．42V以下，C1比較器輸出高電平使偏置電路關(guān)斷，從而使IC輸出關(guān)斷，IC給MOSFET柵極放電。如果三極管截止，Cs又開(kāi)始充電，IC開(kāi)始軟啟動(dòng)。電源又重新開(kāi)始工作。

2．4過(guò)流限制電路

過(guò)流限制電路通過(guò)檢測(cè)主開(kāi)關(guān)MOSFET漏極電流的逐個(gè)脈沖的峰值來(lái)限制過(guò)流。檢測(cè)的閾值電壓是＋0．24V。

MOSFET漏極電流被電阻R2（見(jiàn)圖4）轉(zhuǎn)換成電壓并反饋到IS腳。如果電壓超過(guò)比較器C4的參考電壓（0．24V），則C4輸出為高電平，RS觸發(fā)器的輸出Q亦為高電平，則輸出腳迅速關(guān)斷電流。RS觸發(fā)器的輸出Q在振蕩器的下一個(gè)周期被復(fù)位，使輸出端又開(kāi)始工作。這個(gè)工作重復(fù)用來(lái)限制過(guò)流。如果過(guò)流限制因噪聲而產(chǎn)生動(dòng)作，可在IS腳和MOSFET之間接一個(gè)RC濾波器。

2．5欠壓鎖定電路

在電源下降時(shí)，IC中的欠壓鎖定電路能阻止IC誤動(dòng)作。當(dāng)電源電壓從0V開(kāi)始上升，IC在Vcc＝16．0V時(shí)開(kāi)始工作。當(dāng)電源電壓下降到Vcc＝8．7V時(shí)，IC關(guān)斷輸出。當(dāng)欠壓鎖定電路工作時(shí)，CS腳電壓變低，使IC復(fù)位。

2．6輸出電路

IC的推挽輸出可直接驅(qū)動(dòng)MOSFET。OUT腳的電流可達(dá)1．5A。

在欠壓鎖定電路工作時(shí)，如果IC停止工作，MOSFET柵壓降低，MOSFET被關(guān)斷。

3應(yīng)用電路及設(shè)計(jì)考慮

圖5為FA5310的應(yīng)用電路。從電源開(kāi)通到IC啟動(dòng)的時(shí)間由R1和C5確定。如果它們太大，電路起動(dòng)就較慢。R1必須根據(jù)下式來(lái)確定?？紤]到電路關(guān)斷時(shí)的電流為400μA（在cc＝9V時(shí)）：

R1＜｛VAC（2）1／2／π－9｝／400AC為交流輸入電壓。

IC供電電路在起動(dòng)時(shí)，由電源通過(guò)R1供電，但電流較小。電路正常工作以后，由變壓器的饋電繞組經(jīng)二極管ERA91－02整流后給IC供電，這樣既可保證IC要求的電流。又可省掉輔助源。MOSFET因?yàn)橐惺茈娫磧杀兜姆鍓?、電網(wǎng)的波動(dòng)以及浪涌電壓，所以對(duì)于220V的電網(wǎng)電壓，MOSFET的耐壓最好應(yīng)在800V以上。MOSFET漏極上的RCD電路為復(fù)位電路，而源－漏極間的RC電路用來(lái)抑制浪涌電壓。

在變壓器次級(jí)，當(dāng)輸出電壓瞬間比5V高得多時(shí)，光耦PC1導(dǎo)通，使FB端短接地，IC暫停輸出，從而使電路輸出保持平穩(wěn)。