用開關(guān)模式控制器Si9114組成的高頻高效DC-DC變換器

摘　要：Si9114是Siliconix公司新近推出的電壓變換控制集成電路。它的開關(guān)頻率更高，可達(dá)到1MHz,這樣就可以減小儲(chǔ)能元件的尺寸，使采用陶瓷電容器變成可能，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了成本。Si9114還有同步輸出引線，使得多個(gè)Si9114的并聯(lián)工作很容易實(shí)現(xiàn)。本文就Si9114的工作原理進(jìn)行了分析，并給出了用該電路組成的在電訊領(lǐng)域廣為應(yīng)用的48V到5V的DC-DC變換串的應(yīng)用電路

關(guān)鍵詞：電源；開關(guān)；控制；功率；DC變換；軟啟動(dòng)
　
 
1 引言
    Si9114是Siliconix開關(guān)控制IC Si91xx家族中的一個(gè)新成員，采用BiC/DMOS技術(shù)制造，主要用于通訊領(lǐng)域中的從48V到5V的電壓變換，Si9114作為電流型脈沖調(diào)寬式（PWM）控制器，和其它外接元件配合可組成高頻DC-DC變換器，最高開關(guān)頻率可達(dá)1MHz.

    Si9114有以下特點(diǎn)：

    ●開關(guān)頻率高達(dá)1MHz.由于開關(guān)頻率市，儲(chǔ)能元件的尺寸就可以很小，可全部采用貼片式元件，尺寸小，重量輕，系統(tǒng)成本低。
    ●把功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路和高壓?jiǎn)?dòng)電路集成在一個(gè)晶片上實(shí)現(xiàn)，內(nèi)部采用DMOS晶體管，允許集成電路和200V的高壓直流直接相連， 可省去電源變壓器。
    ●軟啟動(dòng)電路可使主要的功率元件在系統(tǒng)上電時(shí)受到的沖擊變得很小，大大提高系統(tǒng)的可靠性。
    ●Si9114提供了一個(gè)同步輸出引線，這就使得變換器之間可以互相同步或外部某一時(shí)鐘同步，簡(jiǎn)化了EMI濾波 ，使得DC變換器的并聯(lián)應(yīng)用變得很容易實(shí)現(xiàn)。
    ●Si9114具有邏輯控制的關(guān)閉電路及欠壓關(guān)斷電路。
    Si9114能流出500mA的電流或吸收700mA的電流，內(nèi)部有精度為1.5%的基準(zhǔn)電源，帶寬為1.5MHz的誤差放大器。
    用Si9114組成的單端正激DC-DC變換器的工作原理,Si9114控制器以固定的頻率來控制功率MOSFET的通斷，這樣就在變壓器的初級(jí)線圈中產(chǎn)生脈沖電流，通過感應(yīng)在變壓器的次級(jí)產(chǎn)生一定的脈沖電壓，經(jīng)整流、濾波后就獲得所需的直流電壓。通過控制功率MOSFET的通斷時(shí)間比例就可以調(diào)整的電壓值。

2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本參數(shù)

    Si9114的內(nèi)部功能。它包括高壓預(yù)調(diào)節(jié)電路、軟啟動(dòng)電路、閉關(guān)電路、基準(zhǔn)電壓源（4.0V)、誤差放大器、PWM比較器、振蕩器、同步電路、輸出驅(qū)動(dòng)、電流檢測(cè)電路等若干部分。

    高壓預(yù)調(diào)節(jié)電路（High Voltage PreRegulator）采用了低功耗技術(shù)、BiC/DMSO電路制造技術(shù)和高電壓耗盡型MOSFET,解決了以往的控制電路起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)且需要一個(gè)大容量電容器的缺點(diǎn)。

    關(guān)閉控制電路用于過壓保護(hù)功能的完成。當(dāng)輸出電壓VOUT超過額定值時(shí)，可通過一個(gè)光電耦合器使Si9114的2腳處于低電平，這樣就可關(guān)閉MOSFET，使變換器輸出為零，這樣就起到了過壓保護(hù)作用。從2腳上有低電平信號(hào)到關(guān)閉動(dòng)作的延遲是300ns,這個(gè)時(shí)間很短，足以保證不會(huì)因?yàn)橐粫r(shí)的電壓過高而損壞元件。
    振蕩器的振蕩頻率取決于外接元件RT脈CT。內(nèi)部有一個(gè)二分頻電路，可防止脈沖占空比大于50%以避免錦芯飽和。

    軟啟動(dòng)電路通過7腳（SS）上外接的電容CSS，可合變換器的輸出電壓緩慢上升，以防止功率晶體管可能發(fā)生的二次擊穿。軟啟動(dòng)端（7腳）也可用作關(guān)斷控制，將此端接一VIN,變換器變關(guān)閉。

    當(dāng)輸入電壓降低使VCC低于9V時(shí)，低壓鎖定電路起作用，誤差放大器輸出低電平，變換器停止工作。

    在使用多個(gè)Si9115來組成直流變換器里，可采用同步輸出端來實(shí)現(xiàn)頻率和相位的同步，減少噪音。

3 管腳排列和電參數(shù)

   Si9114有14腳塑料DIP封裝及貼片式SO封裝，后綴帶D的器件為工業(yè)器，工作溫度范圍為-40℃～85℃。

4 應(yīng)用電路

    一個(gè)輸入電壓為36V～72V,輸出為5V/4A的DC-DC變換器電路。

    在變壓器初級(jí)回路中，由并聯(lián)的C1、C2組成輸入電容電容，由Si流114DY擔(dān)任開關(guān)管（200V、1Ω的MOSFET）的控制器，由兩個(gè)并聯(lián)的R1、R2組成RSENSE（0.5Ω）。經(jīng)R3、C3濾波后輸入到13腳。

    在起動(dòng)后，由變壓器線圈N2感應(yīng)的電壓經(jīng)D3整流、C5濾波，提供給Si9114的VCC.振蕩器的工作頻率取決于R5、R4,其工作頻率約為450kHz。軟啟動(dòng)電容C7保證上電后能平穩(wěn)工作。誤差放大器的同相端接在兩個(gè)1kΩ組成的分壓器上，其電壓為2V（VREF=4V），C6為旁路電容。誤差放大器的反饋電壓5V輸出端經(jīng)光電耦合器及TL431組成的電路隔離，輸入到FB端。

    經(jīng)變壓器次級(jí)線圈N3感應(yīng)的電壓D1、D2整流（D1、D2必須采用肖特基二極管），并經(jīng)L1、C10和C11濾波，輸出平穩(wěn)的5V電壓。