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L5991芯片在開關電源中待機功能的設計實現

鉅大LARGE  |  點擊量:1156次  |  2020年05月18日  

待機是指產品已連接到電源上,但處于未運行在其重要功能時的狀態。待機的目的就是要降低電源在空載或輕載時的損耗。這可以通過許多控制功能芯片來實現,例如集成芯片L5991等。目前,很多pWM芯片還不具有變頻的待機功能,因而,我們可以借鑒L5991芯片的這個功能電路來實現其他pWM芯片的待機功能。


2L5991芯片的待機功能電路介紹L5991芯片,是由BCD60II技術發展而來的,設計目的是用一個固定頻率的電流模式控制,實現離線式DC/DC電源應用。L5991是一個標準電流型pWM控制器,該控制器具有可編程軟啟動,輸出/輸入同步,閉鎖(用于過壓保護和電源管理),精確的極限占空比控制,脈沖電流限制,用軟啟動來進行過流保護,和當空載或輕載時使振蕩器頻率降低的待機功能等優點。


圖1是該芯片待機功能的基本內部電路。管腳2外接兩個電阻(RA和RB)和一個電容(CT),照圖1中連接,是用來分別設置振蕩器正常運行的工作頻率(fosc)和待機模式的工作頻率(fsb)。實際上,只要待機信號是高電平,該管腳能通過一個N溝道FET內部連于參考電壓Vref,所以,按時電容CT通過RA和RB放電。當待機信號變低,N溝道FET就關閉且該管腳懸空,CT只通過RA放電,這樣振蕩器頻率就會變低。VCT在正常運行中由Vref通過RA和RB控制,而在待機時通過RA來進行調控。當CT上的電壓達到3V時,電容會快速地內部放電。當電壓降到1V時,它開始再次充電。


圖1L5991芯片的待機功能基本電路


正常運行中RT將等于RA//RB,其頻率公式為fosc≌假如,由于負載減小使得主電流峰值降低,且Vcomp降低到一個固定極限(VT1)時,振蕩器頻率將被設置到一個較低的數值上(fsb)。假如,主電流峰值新增且Vcomp超過VT2時,振蕩器頻率將重置在正常值上(fosc)。頻率的變化引起Vcomp的變化,并且由于能量平衡原因而方向相反,因而,供應一個恰當的滯后便可以防止振蕩器頻率在fsb與fosc之間變動。


3反激式開關電源待機功能的實現根據上述L5991芯片的待機原理,我們可以試想,在UC3842構成的反激式開關電源的基礎上加入待機功能。通過對與負載相聯系的反饋電壓進行檢測,利用芯片內部的誤差放大器的輸出值,對頻率進行改變。


UC3842芯片的管腳1為誤差放大器輸出,圖2為芯片待機功能的基本電路。


圖2芯片待機功能的基本電路


該電路的重要原理是:檢測反饋電壓經誤差放大器后的輸出值,通過一個遲滯比較器(施密特觸發器),驅動開關管的開通或者關斷,來實現RT的改變,從而改變電源的振蕩頻率。


我們可以看到,電源處于何種工作狀態(正常工作或是待機),取決于遲滯比較器的閾值的設定,而該閾值取決于電源待機和正常工作時的誤差放大器的輸出值。


在實際設計的電路中,電源電路空載時,輸出約為1.6V,而非輕載時為1.8V以上,因而,我們根據這個值來設定遲滯比較器的閾值。遲滯比較器由555芯片加上外圍的電阻構成,該比較器的電路圖如圖3所示。


圖3遲滯比較器電路


圖3中,555芯片的基準電源VDD為+5V,由UC3842的腳8輸出基準電壓給定。遲滯比較器的上下閾值計算如下:


VTH=VDD(3)


VTL=(4)


根據以上確定的閾值,確定各個電阻的阻值。


電源電路負載變化時,根據遲滯比較器的閾值,電源工作在相應的頻率。


4試驗結果


根據以上原理搭構了由UC3842芯片控制的單端反激式開關電源電路[1][2][3],并加入了待機電路,其中取CT=4700μF,RA=RB=20kΩ,驗證了以上原理。


5結語


由UC3842構成的開關電源,完全可以加入待機功能電路來實現待機功能,在空載的時候降低開關頻率,有效地減少開關損耗。并且,完全可以在其他pWM芯片上也加入類似的檢測控制電路來實現待機功能。


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