TEA1507TM準共振逆向SMPS控制集成電路

出處：dadodo 發(fā)布于：2007-05-25 11:01:00

簡介

GreenChip^TMII(TEA1507)是第二代開關模式電源(SMPS)控制集成電路，適用于電視電源。

GreenChip^TMII的特性

GreenChip^TMIITEA1507是一個多芯片模塊，在一個DIP8封裝內集成了兩個集成電路。其中一個集成電路以飛利浦半導體公司開發(fā)的高壓BCD_PowerLogic 800工藝制作，使整流電路直接高效啟動成為可能。它是一種15掩模、800V 集成電路工藝，能夠為高壓傳感器接口提供800V JFET及LDMOS結構，為電源開關提供800VLDMOS結構。

另一個集成電路采用低壓BiCMOS工藝，具有控制和保護功能，因此減少了構成電源的外部元件數(shù)量。它所采用的工藝BiMOS_1.5是一種13掩模、CMOS/雙極混合工藝，特別適用于可靠的控制邏輯電路。
GreenChip^TMII 被設計為緊湊型逆向變換器的控制器，集成電路位于初級電路。利用變壓器的附加線圈對變壓器進行退磁保護，并在啟動后驅動集成電路。由于 GreenChip^TMII以準共振模式運作，與固定頻率“硬開關”結構相比，效率大大提高，大致從80%提高到90%。高效的好處就是可以降低整體系統(tǒng)成本。在某些情況下，高效率可將總輸入功率維持在75W以下，從而無需使用額外的PFC/MHR電路。

該集成電路針對不同的輸出功率，備有幾種工作模式協(xié)助高效運作和節(jié)省功率。針對高功率，只在變壓器退磁后(零電流開關)啟動下一個開關周期，此時，漏極電壓達到值以減少開關損耗(“溝槽開關”)。初級共振電路由初級電感和漏極-源極連接處的整體電容組成，確保以準共振模式運作。該設計可被優(yōu)化，使得幾乎整個通用電網(wǎng)范圍內都可實現(xiàn)零電壓開關。

為了防止在低負載情況下的極高頻率運作，準共振模式在固定頻率PWM控制中平緩變化(借助漏極電壓溝槽檢測技術)。在極低功率水平下，電壓控制振蕩器(VCO 運作模式)可將頻率降下來，降至約6kHz。

實施

該集成電路用一個芯片級高壓(650V)啟動電路，取代傳統(tǒng)的啟動降壓電路，并實現(xiàn)了低功率備用模式。它使用漏極管腳從高壓電源線引出電流，并從集成電路的Vcc管腳輸出電流，快速為集成電路的電源電容器充電。一旦充電完畢，電容器電源就被變壓器的附加線圈所替代。
該集成電路以電流模式控制運作，以獲得較好的線路調節(jié) (線路波動抑制)。

圖4 是次級感應脫機逆向變換器的應用圖。利用光耦合器從電網(wǎng)隔離的輸出端反饋信息。該信息通過控制管腳傳輸給集成電路。

軟啟動特性

GreenChip^TMII 也具有“軟啟動”特性，可在系統(tǒng)啟動期間及突發(fā)/安全再啟動周期減少元件的負荷。它減少了啟動期間變壓器磁致伸縮(變壓器震顫)可能導致的聲頻噪音?？衫靡粋€外部電容器及電阻調整軟啟動時間。

該芯片提供完整的保護性能，包括退磁保護、準時限制、短線圈保護、的過壓檢測，以及過流、過功率與過溫保護。

該集成電路的某些嶄新功能將在下面加以詳細闡述。

依電壓變化運作的電網(wǎng)功能

開關模式電源的輸出功率幾乎總是依賴于電網(wǎng)電源電壓。在某一電網(wǎng)電壓下，由于電流的限制，無法提供所需的輸出功率。GreenChip^TMII 通過其內部的邏輯電路控制啟動電壓，解決了這一難題。它可以在極低的電網(wǎng)電壓下工作，但可以防止以過低的電網(wǎng)電壓啟動?？衫门c漏極管腳相連的外部電阻設定來確定運作截止點的電網(wǎng)電壓。

過功率保護(OPP)功能

準共振運作模式的功率不僅由初級電流定義，也由電網(wǎng)輸入電壓確定，因為工作頻率依賴于電網(wǎng)電壓。當通用電網(wǎng)設計需要提供某一水平的功率時，該SMPS就被設計為在低電網(wǎng)電壓下提供這一功率。這意味著，在電網(wǎng)電壓下，SMPS提供的功率比低電網(wǎng)電壓下高出兩倍多。為了防止變壓器線圈及次級二極管等功率元件的尺寸過大，GreenChipTMII還集成了Vmains補償功能。

在初級周期，整流電網(wǎng)的輸入電壓可通過感應退磁管腳引出的電流測量(圖4)。這一電流信息用來調整感應管腳測量的峰值漏極電流。內部的補償過程使得輸出功率幾乎不受電網(wǎng)限制。由于通過現(xiàn)有的管腳及現(xiàn)有的廉價外部元件來搜集信息，獲得這一優(yōu)異性能無需額外成本。

安全性

GreenChipTMII內還集成了一整套安全功能，用來監(jiān)控工作環(huán)境并做出響應。

在次級周期，通過流入退磁管腳的電流來感應附加電壓以實現(xiàn)過壓保護(OVP)功能。該附加線圈電壓就是輸出電壓，可用來檢測過壓現(xiàn)象。一個內部的過濾器將電壓峰值平均化，以補償附加線圈的漏磁感應減幅振蕩。若輸出電壓超過了OVP 臨界值(由退磁電阻設定)，功率MOSFET就被關掉，然后再重新安全啟動。只要過壓現(xiàn)象存在，這一過程就將持續(xù)進行下去。

當結點溫度超過熱力關閉溫度時，過溫保護功能發(fā)揮作用，并終止集成電路的開關功能。當集成電路停止開關時，就觸發(fā)了安全再啟動模式(類似于過壓保護)，通常當溫度降低了攝氏8度時，該模式就被啟動。
當“感應”電壓超過設定水平時，短線圈保護及周期性過流保護功能發(fā)揮作用，并將GreenChipTMII 轉入安全再啟動模式。

其它保護功能包括低于設定電壓保護及退磁保護。

綠色環(huán)保及成本節(jié)約特性

GreenChipTMII可大大節(jié)約功率。GreenChipTMII集成電路由芯片級啟動電流源極、降低開關損耗的溝槽開關、在高功率下的高效準共振運作元件、低功率備用模式下可降低頻率以改善系統(tǒng)效率(<3W)的元件，以及在極低備用水平(<1W)下的突發(fā)模式運作元件組成。

突發(fā)備用模式

控制管腳與啟動電流源極被用來實現(xiàn)突發(fā)備用模式功能。該模式由一個微處理器(mP)觸發(fā)，在次極關閉開關S2和S3(見圖4)，從而將HV輸出電壓與mP電源電壓連接起來。這時，功率只提供給mP電源，因而mP電容的電壓上升了。當這一電壓超過齊納二極管電壓時，光耦合器被激活，信號被傳遞到初級，并被集成電路的控制管腳檢測到。集成電路由此進入“打嗝”周期，停止開關。因此，集成電路電源電容與mP電源電容的電壓都下降了。

一旦集成電路電源電壓降至所謂的低壓切斷值，啟動電路被再次激活，隨后為集成電路電源電容器充電直至達到啟動電壓值，此時，集成電路重新開始開關。此時，mP電源電容器則被重新充電直至光耦合器被再次激活。這樣，系統(tǒng)就進入開關突發(fā)周期，緊跟著一個非開關周期。由于該項操作的頻率非常低，從而實現(xiàn)了低功率、高效備用模式。

VCO運作模式

在低功率運作模式下，系統(tǒng)頻率被降低，以減少緩沖器/共振電容器造成的電容損耗。集成電路通過感應變壓器的初級電流及控制電壓來檢測這一狀態(tài)。當初級電流與負載周期較低時，集成電路就通過VCO逐步降低頻率。圖4中的外部元件S2、S3、D1及Vz可略去，從而降低了成本。

本文摘自《世界電子元器件》2002年5月

關鍵詞：TEA1507TM準共振逆向SMPS控制集成電路TEA1507DIP8SMPS

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