相位調(diào)制_軟開關(guān)控制器ML4818_圖文

1、器件應(yīng)用相位調(diào)制/軟開關(guān)控制器M L4818賈明軍 段景漢 王鴻麟摘 要 相位調(diào)制變換器是一種新型零電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)變換器。它比普通的PWM變換器有許多優(yōu)點(diǎn),如工作頻率高、損耗小、體積小、重量輕等。采用相位調(diào)制控制器M L4818,可以使相位調(diào)制變換器電路更加簡單,工作更加可靠。文章介紹了M L4818的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管腳功能和基本工作原理,還給出全橋相位調(diào)制型開關(guān)電源實際電路。關(guān)鍵詞 相位調(diào)制 軟開關(guān) 逐脈沖限流 相位調(diào)制型開關(guān)電源一、概 述M L4818用于控制全橋軟開關(guān)變換器。與普通的PWM變換器不同,相位調(diào)制技術(shù)允許零電壓開關(guān)轉(zhuǎn)換和變壓器方波驅(qū)動。該集成電路通過調(diào)制橋式變換器高端和低端的相位,

2、從而控制輸出功率。M L4818可實現(xiàn)電流型控制,兩個輸出信號的延遲時間可通過外接元件調(diào)整,以實現(xiàn)零電壓開關(guān)轉(zhuǎn)換。該器件可完成逐脈沖限流、綜合故障檢測、軟起動復(fù)位等功能。欠壓封鎖后,電壓必須上升6V方能重新起動;起動電流很小,市電經(jīng)整流后通過小功率降壓電阻,可以直接加到器件的直流電源電壓輸入端,在變換器關(guān)斷狀態(tài)下,該器件具有很小的靜態(tài)電流。采用M L4818BiCM O S相位調(diào)制器可實現(xiàn)高頻(大于500kHz相位調(diào)制。M L4818中有4個大電流推拉輸出驅(qū)動級。這些輸出驅(qū)動級具有很高的轉(zhuǎn)換速率和很小的交越導(dǎo)通時間。二、主要特點(diǎn)M L4818具有下列主要特點(diǎn):1.控制全橋相位調(diào)制零電壓開關(guān)變換

3、器且零電壓轉(zhuǎn)換時間可調(diào);2.工作頻率固定(500kHz;3.電流型控制;4.逐周限流、綜合故障檢測和重新起動延時;5.精密的5V基準(zhǔn)電壓(+1%;6.有4個峰值電流為1.5A的推拉輸出驅(qū)動級;7.內(nèi)部含有滯后電壓為6V的欠壓封鎖電路;8.采用功率型雙列直插(DIP封裝,允許的功耗較大。三、方框圖M L4818由相位調(diào)制器、誤差放大器、振蕩器、各種比較器和觸發(fā)器、四路輸出驅(qū)動器等部分組成,如圖1所示。四、管腳排列及管腳功能M L4818采用24腳功率型DIP封裝和24腳SOIC封裝,兩種封裝的管腳排列如圖2所示。各管腳功能如下:腳1、15、23(GN D:接地;腳2(C T:外接振蕩器定時電容;

4、腳3(RA M P:相位調(diào)制比較器的同相輸入端。為了實現(xiàn)電流型控制,該腳應(yīng)接到電流取樣電阻的一端;腳4(I LIM:限流取樣腳,通常,該腳接到電流取樣電阻的一端;腳5(E/A O U T:誤差放大器輸出和PWM比較器輸入;腳6、7、18、19(GN D:接地和襯底;腳8(INV:誤差放大器反相輸入;腳9(SOFT ST ART:軟起動,外接軟起動電容器;腳10(SHU T DOW N:關(guān)斷,該腳變?yōu)榈碗娖綍r,所有輸出均關(guān)斷;腳11(R T:外接設(shè)定振蕩器定時電容放電電流的電阻;腳12(R C RESET:外接綜合故障檢測和延時電路復(fù)位用的定時元件;腳13(CL OCK:振蕩器輸出;腳14(R

5、D ELAY:該腳到地之間應(yīng)接入一只電阻,它決定從某一輸出端關(guān)斷到它的互補(bǔ)輸出端導(dǎo)通之間的延遲時間;腳16(A2O UT:大電流推拉輸出端A2;腳17(A1O UT:大電流推拉輸出端A1;腳20(V CC:IC的正電源;腳21(B2OU T:大電流推拉輸出端B2;腳22(B1OU T:大電流推拉輸出端B1;腳24(V REF:5V基準(zhǔn)電壓緩沖輸出。五、最大額定值M L4818的最大額定值如附表所列。圖1 M L4818方框圖圖2 M L4818管腳排列圖附表 ML4818的最大額定值名 稱最大額定值單位輸入電壓(腳2030V輸出電流(腳16、17、21、22(流入或流出直流0.5A 脈沖(0.

6、5 s 1.5A模擬輸入電壓(腳2到腳5,腳8到腳10、腳12-0.36V 時鐘輸出電流(腳11-5mA 誤差放大器輸出電流(腳55mA 軟起動灌電流(腳950mA 振蕩器充電電流(腳2-5mA 結(jié)溫150 存貯溫度-65+150 焊接溫度(焊接時間10s+260熱阻QJA(功率DIP塑封40 /W 工作溫度范圍0+70六、功能介紹(一相位調(diào)制器在圖3所示的全橋變換器中,通過調(diào)制A邊和B 邊M O SF ET的開關(guān)相位,可以控制輸出功率。輸出功率通過變壓器次級傳輸?shù)截?fù)載。各部分的工作波形如圖4所示。功率變換過程如下:1.M L4818的腳A2和腳B1輸出高電平,Q1和Q2導(dǎo)通,功率變換過程開始

7、。2.M L4818內(nèi)的相位調(diào)制比較器翻轉(zhuǎn)后,M L4818的腳B1輸出變?yōu)榈碗娖?Q2關(guān)斷,輸入電源V IN對Q2和Q4的寄生漏源電容充電,該電容的端電壓上升到V IN,從而使Q3的漏源極電壓為零。 圖3 相位調(diào)制變換器功率輸出級簡化電路圖4 相位調(diào)制控制波形3.經(jīng)過延遲時間t DELAY (該時間由接在腳14的R DELAY 決定后,輸出端B2變?yōu)楦唠娖?。此時,由于Q 3兩端電壓為零,所以Q 3可實現(xiàn)零電壓導(dǎo)通。4.時鐘信號(CLOCK為高電平后,M L 4818的A 2輸出變?yōu)榈碗娖?。在時鐘信號為高電平這段時間內(nèi),M L 4818的A1、A2和B1輸出均為低電平,因此Q 1、Q 2和Q

8、4均關(guān)斷。Q 4的漏源電容通過變壓器放電,形成變壓器的漏電流。Q 4的漏源電容放完電后,Q 4兩端電壓變?yōu)?V 。5.在延遲時間(t DELAY 內(nèi),M L 4818輸出端A1維持低電平,延遲時間以后,輸出端A 1變?yōu)楦唠娖?。此時,由于Q 4兩端的電壓為0V ,因此Q 4可實現(xiàn)零電壓導(dǎo)通。6.上述過程重復(fù)進(jìn)行,只是M L 4818所有輸出端的電壓極性相反。相位調(diào)制控制器M L 4818也可采用電流型控制。此時,負(fù)載電流取樣信號應(yīng)加到腳RA M P 。在M L4818的腳14應(yīng)接入延時電阻R DELAY 。改變該電阻的阻值(該電阻值應(yīng)大于1k ,可以改變延遲時間。延遲時間由下式計算:T DELA

9、Y =33 R DELAY +45(ns式中,延時電阻R D ELAY 的單位為k 。M L 4818含有專門的邏輯電路以實現(xiàn)電壓型正反饋,如圖5所示。只有在傳輸功率期間,晶體管Q R 的集電極才為高電平。當(dāng)功率傳輸周期結(jié)束后,M L 4818的腳RA M P 變?yōu)榈碗娖健Ｔ陔妷盒凸ぷ鳡顟B(tài)下,為了提供輸入電壓正反饋,M L 4818的腳RAM P 和接地腳之間應(yīng)接入一只電容器,腳RAM P 到腳V I N 之間應(yīng)接 入一只電阻。圖5 電壓正反饋電路(二振蕩器M L 4818內(nèi)的振蕩器方框圖如圖6所示,頻率由外接的C T 和R T 決定。電容C T 的充電電流I SET 等于5/R T 。當(dāng)電容

10、C T 值兩端電壓達(dá)到時,比較器改變工作狀態(tài),電容C T放電,C T 兩端電壓降到下限值(RA M P 谷值,如圖7所示。為了避免因C T 的容量低于額定值而產(chǎn)生誤差,腳C T 電壓被Q 1箝位在RAM P 的谷值電壓,如圖6 所示。圖6 振蕩器方框圖圖7 振蕩器工作波形為了用時鐘輸出驅(qū)動外部同步電路,在腳CL OCK 和腳GN D 之間應(yīng)接入一只反偏電阻。工作頻率低于500kHz 時,振蕩頻率可由下式計算:f osc =10.52C T R T +500C T(三誤差放大器M L4818中的誤差放大器是一個帶寬為2.5M Hz 轉(zhuǎn)換速率為8.5V/ s 的運(yùn)算放大器。為了實現(xiàn)軟起動,誤差放大

11、器能夠限制正輸出電壓的變化范圍(輸出抑制線,誤差放大器輸出最大電流為4.5mA 。(四輸出驅(qū)動級M L4818中含有4個高速大電流推拉輸出驅(qū)動級,簡化電路如圖8所示,每個驅(qū)動級的峰值輸出電流可達(dá)1.5A,能夠驅(qū)動大功率M OSFET 等電容性負(fù)載。 圖8 推拉輸出驅(qū)動級簡化電路(五限流、故障檢測和軟起動加在M L 4818腳I LIM 的電壓與負(fù)載電流成正比,當(dāng)腳I LIM 的電壓達(dá)到1V 極限值時,限流比較器翻轉(zhuǎn),如圖9所示,終止P WM 周期,從而限制輸出電流,同時,觸發(fā)器使電流源導(dǎo)通。該電流源對接在腳RC RESET 的電容C RST 充電,當(dāng)C RST 兩端電壓上升到3.4V 時,軟起

12、動復(fù)位。 圖9 過流、軟起動和故障檢測電路當(dāng)軟起動復(fù)位后,M L4818的輸出中斷,并且軟起動電容C SS 放電。同時,電容C RST R RS T 放電,在C RST 兩端電壓下降到1.3V 以前,輸出仍保持中斷,因此,可提供復(fù)位延時。當(dāng)M L 4818再啟動時,誤差放大器輸出電壓被限制到腳SOFT ST A RT 的電壓,因此可以限制占空比。(六欠壓封鎖欠壓封鎖和基準(zhǔn)電源電路如圖10所示。接通電源后,如果電源電壓V CC 低于16V ,那么M L4818的工作電流非常小(通常為1.1mA,并且腳V R EF 沒有基準(zhǔn)電壓。當(dāng)電源電壓高于16V 時,M L4818正常工作,腳V REF 輸出

13、5V 基準(zhǔn)電壓。直到V CC 下降到10.2V 以前,M L4818均可保持正常工作。圖10 欠壓封鎖和基準(zhǔn)電源電路(七散熱M L 4818采用功率DI P 封裝。這種封裝的特點(diǎn)是通過它的引腳可以散熱,如圖11所示。圖11中,M L 4818中間的4個接地腳(腳6、7、18、19與印刷電路板上的敷銅片相連,可以散去大部分熱量。增加敷銅片的面積,可以減小熱阻Q JA ,增加M L 4818的驅(qū)動能力,此外外加散熱器,也可以減小M L4818的熱阻。圖11 用印刷電路板上的敷銅片作散熱器七、實際應(yīng)用電路采用M L4818的200W 全橋相位調(diào)制型開關(guān)電源實際電路如圖12所示。120V 或220V

14、交流市電經(jīng)整流后,加入橋式變換器電路,從高壓輸入端到M L 4818的腳3之間,接有電壓正反饋電阻。輸出電流通過電流互感器T 4取樣后,加到M L4818的腳4,實現(xiàn)電流控制。由于該電源采用零電壓開關(guān)技術(shù),開關(guān)損耗大大減小,效率較高。該電源工作頻率較高,因此體積和重量也大大減小。該電源的主要技術(shù)參數(shù)如下:輸入電壓范圍: 90260V 輸出電壓: 15V 輸出電流: 13A 輸出功率: 200W 開關(guān)頻率: 250kHz 效率(V IN =120V ,P OUT =200W:85%應(yīng)當(dāng)說明,該電路只要作一些簡單變更,即可改變輸出電壓和功率,以適應(yīng)各種不同的要求。 圖12 200W 全橋相位調(diào)制型開關(guān)電源實際電路我公司可為用戶設(shè)計、加工二次集成電路。二次集成電路可將普通各種集成電路、電阻、電容、電感、脈沖變壓器、磁芯等用先進(jìn)的封裝技術(shù)制作為用戶獨(dú)有的單片模