相位调制_软开关控制器ml4818

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1、器件应用相位调制/ 软开关控制器 ML4818贾明军 ? 段景汉 ? 王鸿麟? ? 摘? 要? 相位调制变换器是一种新型零电压转换开关变换器。它比普通的 PWM 变换器有许多优点, 如工作频率高、 损耗小、 体积小、 重量轻等。采用相位调制控制器 ML4818, 可以使相位调制变换器 电路更加简单, 工作更加可靠。文章介绍了 ML4818 的内部结构、 管脚功能和基本工作原理, 还给出全桥相位调制型开关电源实际电路。关键词? 相位调制? 软开关? 逐脉冲限流? 相位调制型开关电源一、 概 ? 述ML4818 用于控制全桥软开关变换器。与普通的 PWM 变换器不同, 相位调制技术允许零电压开关转

2、 换和变压器方波驱动。该集成电路通过调制桥式变换 器高端和低端的相位, 从而控制输出功率。 ML4818 可实现电流型控制, 两个输出信号的延 迟时间可通过外接元件调整, 以实现零电压开关转换。 该器件可完成逐脉冲限流、 综合故障检测、 软起动 复位等功能。欠压封锁后, 电压必须上升 6V 方能重 新起动; 起动电流很小, 市电经整流后通过小功率降压 电阻, 可以直接加到器件的直流电源电压输入端, 在变 换器关断状态下, 该器件具有很小的静态电流。 采用 ML4818 BiCMOS 相位调制器可实现高频 ( 大于 500kHz) 相位调制。ML4818 中有 4 个大电流推 拉输出驱动级。这些

3、输出驱动级具有很高的转换速率 和很小的交越导通时间。二、 主要特点ML4818 具有下列主要特点: 1. 控制全桥相位调制零电压开关变换器且零电压 转换时间可调; 2. 工作频率固定(500kHz) ; 3. 电流型控制; 4. 逐周限流、 综合故障检测和重新起动延时; 5. 精密的 5V 基准电压( + 1% ) ; 6. 有 4 个峰值电流为 1. 5A 的推拉输出驱动级; 7. 内部含有滞后电压为 6V 的欠压封锁电路; 8. 采用功率型双列直插( DIP) 封装, 允许的功耗 较大。三、 方框图ML4818 由相位调制器、 误差放大器、 振荡器、 各 种比较器和触发器、 四路输出驱动器

4、等部分组成, 如图 1 所示。四、 管脚排列及管脚功能ML4818 采用 24 脚功 率 型 DIP 封 装 和 24 脚 SOIC 封装, 两种封装的管脚排列如图 2 所示。 ? ? 各管脚功能如下: 脚 1、 15、 23(GND) : 接地; 脚 2(CT) : 外接振荡器定时电容; 脚 3(RAMP): 相位调制比较器的同相输入端。为 了实现电流型控制, 该脚应接到电流取样电阻的一端; 脚 4(ILIM): 限流取样脚, 通常, 该脚接到电流取样 电阻的一端; 脚 5(E/A OUT): 误差放大器输出和 PWM 比较 器输入; 脚 6、 7、 18、 19(GND): 接地和衬底;

5、脚 8( INV): 误差放大器反相输入; 脚 9( SOFT START ): 软起动, 外接软起动电容 器; 脚 10( SHUT DOWN) : 关断, 该脚变为低电平时, 所有输出均关断; 脚 11( RT) : 外接设定振荡器定时电容放电电流的 电阻; 脚 12(RCRESET) : 外接综合故障检测和延时电路复 位用的定时元件; 脚 13( CLOCK) : 振荡器输出; 脚 14(RDELAY): 该脚到地之间应接入一只电阻, 它 决定从某一输出端关断到它的互补输出端导通之间的 延迟时间; 脚 16( A2 OUT ): 大电流推拉输出端 A2; 脚 17( A1 OUT ):

6、大电流推拉输出端 A1; 脚 20( VCC) : IC 的正电源; 脚 21( B2 OUT): 大电流推拉输出端 B2; 脚 22( B1 OUT): 大电流推拉输出端 B1; 脚 24( VREF): 5V 基准电压缓冲输出。五、 最大额定值ML4818 的最大额定值如附表所列。32( 128)?电子技术?1997 年第 3 期? ? ? ? ?图 1? ML4818 方框图图 2? ML4818 管脚排列图附表? ML4818 的最大额定值名? ? ? ? 称最大额定值 单位 输入电压( 脚 20)30V输出电流( 脚 16、 17、 21、 22) ( 流入或流出)直流0. 5A 脉

7、冲( 0. 5?s)1. 5A模拟输入电压( 脚 2 到脚 5, 脚 8 到 脚 10、 脚 12)- 0. 3 6V时钟输出电流( 脚 11)- 5mA 误差放大器输出电流( 脚 5)5mA 软起动灌电流( 脚 9)50mA 振荡器充电电流( 脚 2)- 5mA 结温150? 存贮温度- 65 + 150? 焊接温度( 焊接时间 10s)+ 260? 热阻 QJA( 功率 DIP 塑封)40? / W 工作温度范围0 + 70?六、 功能介绍( 一)相位调制器在图 3 所示的全桥变换器中, 通过调制 A 边和 B 边 MOSFET 的开关相位, 可以控制输出功率。输出功率通过变压器次级传输到

8、负载。各部分的工作波形如图 4 所示。功率变换过程如下:? ? 1. ML4818 的脚A2和脚 B1 输出高电平, Q1和 Q2 导通, 功率变换过程开始。2. ML4818 内的相位调制比较器翻转后, ML4818的脚 B1 输出变为低电平, Q2关断, 输入电源 VIN对 Q2和 Q4的寄生漏源电容充电, 该电容的端电压上升到VIN, 从而使 Q3的漏源极电压为零。? ? ? ? ? ?电子技术?1997 年第 3 期( 129)33图 3? 相位调制变换器功率输出级简化电路图 4? 相位调制控制波形 ? ? 3. 经过延迟时间 tDELAY( 该时间由接在脚 14 的RDELAY决定)

9、 后, 输出端 B2 变为高电平。此时, 由于Q3两端电压为零, 所以 Q3可实现零电压导通。4. 时钟信号(CLOCK) 为高电平后, ML4818 的 A2输出变为低电平。在时钟信号为高电平这段时间内, ML4818 的 A1、 A2 和 B1 输出均为低电平, 因此 Q1、 Q2和 Q4均关断。Q4的漏源电容通过变压器放电, 形成 变压器的漏电流。Q4的漏源电容放完电后, Q4两端电压 变为 0 V。 ? ? 5. 在延迟时间( tDELAY) 内, ML4818 输出端 A1 维持低电平, 延迟时间以后, 输出端 A1 变为高电平。此 时, 由于 Q4两端的电压为 0 V, 因此 Q4

10、可实现零电压导通。 6. 上述过程重复进行, 只是 ML4818 所有输出端的电压极性相反。 相位调制控制器 ML4818 也可采用电流型控制。此时, 负载电流取样信号应加到脚 RAMP。 在 ML4818的脚 14 应接入延时电阻 RDELAY。改变该电阻的阻值(该电阻值应大于 1k? ) , 可以改变延 迟时间。延迟时间由下式计算:TDELAY= 33? RDELAY+ 45( ns)式中, 延时电阻 RDELAY的单位为 k?。ML4818 含有专门的逻辑电路以实现电压型正反 馈, 如图 5所示。只有在传输功率期间, 晶体管 QR的集电极才为高电平。当功率传输周期结束后, ML4818

11、的脚 RAMP 变为低电平。在电压型工作状态下, 为了提供输入电压正反馈, ML4818 的脚 RAM P 和接地脚 之间应接入一只电容器, 脚 RAMP 到脚 VIN之间应接入一只电阻。图 5? 电压正反馈电路? ? ( 二)振荡器 ML4818内的振荡器方框图如图 6 所示, 频率由外接的 CT和 RT决定。电容 CT的充电电流 ISET等 于 5/ RT。当电容 CT值两端电压达到)时, 比较器改变工作状态, 电容 CT放电, CT两端 电压降到下限值(RAMP 谷值), 如图 7 所示。为了避免因 CT的容量低于额定值而产生误差, 脚 CT电压被 Q1箝位在 RAMP 的谷值电压, 如

12、图 6 所示。图 6? 振荡器方框图图 7? 振荡器工作波形34( 130)?电子技术?1997 年第 3 期? ? ? ? ? ? 为了用时钟输出驱动外部同步电路, 在脚 CLOCK 和脚 GND 之间应接入一只反偏电阻。工作频率低于 500kHz 时, 振荡频率可由下式计 算:fosc=1 0. 52CTRT+ 500CT? ? (三) 误差放大器ML4818 中的误差放大器是一个带宽为 2. 5MHz 转换速率为 8. 5V/?s 的运算放大器。为了实现软起动, 误差放大器能够限制正输出电压的变化范围( 输出 抑制线), 误差放大器输出最大电流为 4. 5mA。(四) 输出驱动级 ML4

13、818 中含有 4 个高速大电流推拉输出驱动级, 简化电路如图 8 所示, 每个驱动级的峰值输出电流 可达 1. 5A, 能够驱动大功率 MOSFET 等电容性负载。图8? 推拉输出驱动级简化电路? ? (五) 限流、 故障检测和软起动 加在 ML4818 脚 ILIM的电压与负载电流成正比,当脚 ILIM的电压达到 1 V 极限值时, 限流比较器翻转, 如图 9所示, 终止 PWM 周期, 从而限制输出电流, 同时, 触发器使电流源导通。该电流源对接在脚 RCRESET 的电容 CRST充电, 当 CRST两端电压上升到 3. 4V 时,软起动复位。图9? 过流、 软起动和故障检测电路? ?

14、 当软起动复位后, ML4818 的输出中断, 并且软起 动电容 CSS放电。同时, 电容 CRSTRRST放电, 在 CRST两端电压下降到 1. 3V 以前, 输出仍保持中 断, 因此, 可提供复位延时。当 ML4818 再启动时, 误差放大器输出电压被限制到脚 SOFT START 的电压, 因此可以限制占空比。( 六)欠压封锁 欠压封锁和基准电源电路如图 10 所示。接通电 源后, 如果电源电压 VCC低于 16V, 那么 ML4818 的工作电流非常小( 通常为 1. 1mA) , 并且脚 VREF没有基准 电压。当电源电压高于 16V 时, ML4818正常工作, 脚VREF输出

15、5V 基准电压。直到 VCC下降到 10. 2V 以前, ML4818 均可保持正常工作。图 10? 欠压封锁和基准电源电路? ? ( 七)散热 ML4818 采用功率 DIP 封装。这种封装的特点是通过它的引 脚可以散热, 如图 11 所示。图 11 中, ML4818 中间的 4 个接地脚( 脚 6、 7、 18、 19) 与印刷电路板上的敷铜片相连, 可以散去大部分热量。增加敷 铜片的面积, 可以减小热阻 QJA, 增加 ML4818 的驱动能力, 此外外加散热器, 也可以减小 ML4818 的热阻。图 11? 用印刷电路板上的敷铜片作散热器? ? ? ? ? ?电子技术?1997 年第

16、 3 期( 131)35七、 实际应用电路采用 ML4818的 200W 全桥相位调制型开关电源 实际电路如图 12 所示。120 V 或 220 V 交流市电经整流后, 加入 桥式 变 换器 电 路, 从 高压 输 入端 到 ML4818 的脚 3 之间, 接有电压正反馈电阻。输出电流通过电流互感器 T4取样后, 加到 ML4818 的脚 4, 实现电流控制。由于该电源采用零电压开关技术, 开 关损耗大大减小, 效率较高。该电源工作频率较高, 因此体积和重量也大大减小。? ? 该电源的主要技术参数如下: ? ? 输入电压范围: ? ? ? ? ? ? ? ? 90 260V? ? 输出电压: ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 15V ? ? 输出电流: ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 13A? ? 输出功率: ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 200W ? ? 开关频率: ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 250kHz? ? 效率( VIN= 120 V, POUT= 200W) : 85% ? ? 应当说明, 该电路只要作一些简单变更, 即可改变