開關電源控制器管理論文

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摘要：TDA16846-2和TDA16847-2是英飛凌公司生產的改進型開關電源(SMPS)控制器芯片。文中介紹了其主要特點，重點介紹了基于TDA16846-2的彩電SMPS電路工作原理。

關鍵詞：SMPS；控制器；TDA168460-2/TDA16847；PFC

1概述

英飛凌(Infineon)公司推出的TDA16846和TDA16847開關電源控制器自投放市場以來，在TV、VCR、SAT接收機及PC監視器等SMPS中獲得了廣泛應用。目前對這兩種控制器進行了改進，并將改進和創新后的器件稱為2型或第二代產品，型號分別為TDA16846－2和TDA16847－2。

TDA16846－2／TDA16847－2是支持低功率待機和功率因數校正PFC的SMPS控制器，可用于固定頻率PFC或同步模式反激式變換器中，該產品既可以驅動功率MOSFET，也可以驅動雙極型功率器件。TDA16846－2／TDA16847－2在輕載下具有低功耗性能，其開關頻率可以隨負載減輕而逐步降低。

2TDA16846－2／47－2的結構特點

TDA16846－2和TDA16847－2采用14腳P－DIP－14－3封裝，其引腳排列如圖1所示。圖2是這兩種芯片的內部結構圖。

這兩種器件的不同點是TDA16846－2的8腳不接，而TDA16847－2的8腳為暫態高功率電路的電源功率管理輸出（該腳通過一只電容和一個RC電路與地相連)。兩種器件的引腳功能如表1所列。

表1引腳功能

引腳符號功能

1OTC內置截止時間電路，該腳與地之間連接RC電路，決定振鈴抑制時間和待機頻率

2PCS初級電流模擬（檢測）

3RZ1調整和過零信號輸入

4SRC連接軟啟動和控制電壓調節電容器

5OC1光耦合器輸入

6FC2不連接（TDA16846-2）/該腳電壓大于1，2V，SMPS截止）

7SYN同步輸入

8N.C./PMO不連接（TDA16846-2）/暫態高功率電路功率管理輸出（TDA16847-2）

9REF參考電壓和電流

10FC1故障比較器1輸入（該腳電壓大于1V,SMPS截止）

11PVC初級電壓檢測

12GND地

13OUTMOSFET柵極驅動輸出

14VCC電源電壓

TDA16846－2／TDA16847－2除具有軟啟動、低功耗、低啟動電流及欠壓／過壓保護、電流限制／短路保護及靜電放電ESD保護功能外，還具有如下主要特點：

●帶有PFC，并采用電荷泵電路；

●頻率隨負載減輕可連續降低，在待機模式下，頻率可調至20kHz；

●可在固定頻率或同步模式下操作；

●帶有臨時高功率電路（THPC)，具有電源管理功能(僅TDA16847－2)。

TDA16846－2／TDA16847－2的5腳（OCI）輸入電壓范圍擴大到0V，該腳與地之間不再需要連接電阻；7腳（SYN）改進了啟動特性，阻止了變壓器飽和；11腳（PVC）通過加入尖峰信號消隱，提高了抗噪擾能力；13腳（OUT）減小了截止態輸出電壓電平；14腳（VCC）通過尖峰消隱，改善了抗噪性能。

與先前的TDA16846／TDA16847比較，TDA16846－2和TDA16847－2除進一步強化了低功率待機功能外，還在抗噪性能方面具有明顯改善。

TDA16846－2／TDA16847－2支持低功率待機功能，在彩電等應用系統中具有重要意義。美國“能源之星”等標準要求電視機的待機功耗不大于3W，根據中國節能產品認證中心CPCE抽樣調查，國產彩電待機功耗低于3W的只占被測彩電總量的13．4％，而9W以上的卻占34．8％。目前待機功耗低于3W的國產彩電系列品種雖有較大增加，但距全部實現低于3W的目標尚有一定距離。使用TDA16846－2／TDA16847－2設計的彩電SMPS可以滿足低待機功耗的要求，而且可以降低成本。

圖2

3應用電路及工作原理

用TDA16846－2作控制器的SMPS電路如圖3所示。為執行PFC，該電路在橋式整流器與150μF的濾波電容C07之間插入了由電感L08、二極管D08和電容C08組成的電荷泵電路，這樣配合功率開關(T01），就可在橋式整流器輸入端產生接近正弦波的AC電流，且與AC線路電壓接近同相位，從而使線路功率因數(PF）遠遠大于0.90，電流總諧波失真(THD）低于20％。

3．1啟動特性

SMPS加電之后，由于濾波電容C07正極上有直流干線電壓，所以與IC12腳連接的電阻R22將有電流通過。該電流從IC1的2腳流入，經2腳與14腳內部連接的二極管參見圖2對14腳外部電容C26充電。一旦C26上的充電電壓達到15±0．5V的導通電平以上時，芯片開始工作。器件14腳上Vcc導通電流典型值為5mA，通過C26放電使14腳上的電壓下降，在尚未降至欠壓關斷門限時，變壓器的輔助繞組(7T）將通過IC14腳外部二極管D26對芯片提供所需的電流。當IC在固定頻率下工作時，為防止在啟動期間出現多重脈沖，可在IC1的3腳脈沖電壓超過2．5V門限之前，使IC1工作于自由振蕩(freerunning）模式。

3．2初級電流模擬／電流限制

電路中IC1的2腳外部電阻R22和電容C22用于產生一個與功率晶體管T01電流成正比的電壓。在T01截止時，腳2上電壓為1．5V，這樣當C22通過R22被充電時，T01將處于導通狀態。此時腳2上的電壓V2可表示為：

V2＝1．5V＋LPIP／（R22C22）

式中，LP為變壓器初級繞組電感，IP為通過功率晶體管的電流。

V2一般施加到IC2腳內的導通時間比較器的同相輸入端，并與反相輸入端上的控制電壓比較。如果V2超過控制電壓，驅動器阻斷，以起到電流限制作用。控制電壓最大值是IC1內的5V參考電壓。功率晶體管的最大電流IP(max）為：

IP(max）＝[(5V－1．5V）R22C22]／LP

控制電壓可由IC1內的誤差放大器、光耦合器或IC1腳11上的電壓(V11）來決定。

圖3

3．3折回(FoldBack）點校正

IC1腳11（PVC)上的電壓V11可從連接到DC總線與地之間的電阻分壓器（R23與R24)上獲得。如果經整流的總線電壓升高，功率晶體管的最大電流IP（max)將減小。實際上，最大電流IP（max)是獨立的，與DC總線電壓無關。可表示為：

Ip（max)＝[（4V－V11／3)R22C22]／Lp

3．4截止時間電路OTC

IC1腳1（OTC)外部與地之間連接的R30和C30用于組成RC并聯網絡。當IC1驅動器關斷時，內部電流源首先用0．5mA的電流對腳1外部電容C30充電。一旦腳3（RZI)上電壓達到2．5V，充電電流將達到1mA，直到C30上的電壓被充電到3．5V為止。C30的充電時間約為τ＝（C30×1．5V)／1mA。

當C30上的電壓達到3．5V以后，內部電流源將被切斷，C30通過R30放電。當IC1腳1上的電壓施加到內部截止時間比較器時，比較器的另一個輸入就是控制電壓。當截止時間比較器輸出高電平且腳3上的電壓低于25mV時，內部導通時間觸發器置位，以保證功率晶體管在最小的電壓時接通。如果沒有過零信號則進入IC1腳3，那么，在腳1上的電壓低于1.5V之前，功率晶體管將經過一段延時之后接通。只要腳1上電壓高于被限制的控制電壓，導通時間觸發器就會截止，以抑制腳3上不適當的過零信號。而一旦控制電壓低于2V，關斷時間將達到恒定的最大值(≈0．56R30C30）。表2列出了控制電壓與輸出功率及截止時間的關系。

表2控制電壓與輸出功率、截止時間關系

控制電壓輸出功率截止時間

1.5～2V低不變（達最大值）

2～3.5V中減小

3.5～5V高自由振蕩

實際上，變換器開關頻率是輸出功率的函數。

TDA16846－2的負載從屬頻率曲線如圖4所示。

3．5誤差放大器／軟啟動

IC1的（RZI)3腳是誤差放大器和過零信號輸入，（SRC)4腳是控制電壓輸入。誤差放大器的同相輸入端是5V參考電壓。IC1腳3上的輸入信號可從變壓器輔助繞組經R38和R29組成的電阻分壓器獲得。如果腳3上的輸入脈沖高于5V門限時，腳4上的控制電壓將被拉低。因此，腳4與地之間連接的電容C25可用于決定控制電壓的控制速度和軟啟動持續時間。

3．6固定頻率與同步化操作

在圖3所示的應用電路中，由于IC1的7腳與9腳（5V參考電壓輸出)是連接在一起的，故IC1工作在自由振蕩調節模式。

若要求IC1在固定頻率下操作時，腳7與地之間必須連接并聯RC網絡（Rosc與Cosc)，此時，其開關頻率fsw將由Rosc與Cosc設定：

fsw≈1．2／Rosc·Cosc。

因此，當Rosc＝20kΩ、Cosc＝470pF時，fsw＝88kHz。

欲使IC1工作在同步模式，腳7上加入的同步信號頻率必須高于振蕩器的頻率。

TDA16847－2的應用電路與TDA16846－2的應用電路相比，除TDA16847－2的8腳外部與地之間需要連接一只100pF的電容及RCR＝1MΩ，C＝4．7μF電路外，其它部分幾乎完全相同。