开关电源详解

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1、TDA16846 开关电源详解时间：2009-02-19 19:34:38 来源：资料室 作者： 编号:10378 更新日期20120730 0033371.简介l是开关式电源控制集成IC,支持低功率待机模式，并具备功率因数修正功能。l 低功耗 /稳定和可调节的待机频率/很低的启动电流/软启动功能。l 可工作于同步方式或固定频率方式。l 内含一系列的比较器/保护电路/控制电路。为了在轻负载时提供低的功耗， IC 会随着负载的降低不断地减少开关频率，最低可处于待 机模式的 20KHZ；为了避免电源工作时的开关冲击，外接的开关管总是在最低的电压下进行切换；有供电过压 保护、欠压保护、 电网过压保护

2、、限流保护等等；通过内部误差放大器或者外接的光耦取样可进行稳压控制 开关管可采用 MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管），也可采用双极型的功率晶体管。2. 外部框图与引脚说明OTC Off Time Circuit关断时间电路2PCS Primary Current Simulation 初级电流模拟输入3RZI Regulation and Zero Crossing Input 过零检测与调整输入4SRC Soft-Start and Regulation Capacitor 软启动与调整电容5OCI Opto Coupler Input光耦输入FC2 Fault Comparato

3、r 2故障比较器27SYN Synchronization Input 同步输入8NC Not Connected 空脚9REF Reference Voltage and Current 参考电压和电流10FC1 Fault Comparator 1故障比较器111PVC Primary Voltage Check初级电压检测12GND Ground地13OUT Output开关脉冲输出14VCC Supply Voltage供电注:TDA16846 (8)脚为空脚。而TDA16847多了一个附加的功能，其(8)脚为PMO (Power measurementOutput)功率检测输出，可用

4、于暂时的高功率电路。3. 内部框图图1英文注释：Fold Back Point Correction反馈点校正；PVA初级电压放大器；Primary Voltage Check 初级电压检测； Control Voltage 控制电压； Limit 限制； Off Time Comparator 关断时间比较器；RSTC/RSTF 振铃抑制时间电路； Error Amplifier 误差放大器； Error Flipflop 错误触发器； Buffer for Control Voltage控制电压缓冲器；On Time Comparator导通时间比较器；On Time Flipflop导通

5、时间触发器;Output Driver输出驱动器； Zero Crossing Signal 过零信号； Startup Diode 启动二极管； Overvoltage Comparator 过压比较器；Supply Voltage Comparator供电比较器。输入为 A 和当输入都为才为高电平入为低电平,4基础知识与引脚功能输入为A和B，输出C=A+B。 B,输出 C=A*B。当输入都为低电平时，输出 高电平时,输出 才为低电平；只要有一个输 只要有一个输入为高电平,输出就为高电平 输出就为低电平PIN 14： VCC 供电脚图3 图 2 为启动电路；图 3 为启动电压过程图，图中 V

6、on 和 Voff 为供电比较器的上门限和下门 限，Startup启动，Operation正常工作启动过程开机后，整流滤波后的300V电压，经R2,从IC (2)初级电流模拟输入脚进入，内部二极 管 D1 导通，对IC (14)供电脚外接电容C14进行充电。当V14小于供电比较器SVC的上门限15V时， 输出电流I14小于100mA，IC不启动，IC(13)驱动输出脚和(4)控制输出脚处于低电位，开关管截止；当 V14超过供电比较器SVC的上门限 15V 时， SVC 输出高电平， TDA16846 开始启动， I14 迅速增加，启动后(2) 脚电压将会降低，D1截止，于是IC(14)供电脚电

7、压将由变压器次级绕组产生的电压通过 外部 D14 整流后提供。厂家推荐在该脚外 接的电解电容并联一个小容量的缓冲电容,比如 100nF。保护功能(见图1 ，即内部框图)l该脚电压大于16V时，内部的过压比较器OVC输出高电平，经或门G4输出高电平，接 到错误触发器的输入S端，再由错误触发器Q非端输出低电平到与门G3，最后G3输出低电平经输出 驱动器给 IC(13)脚，故开关管截止，所以(14)脚具有诸如负反馈失效，振荡过强，次级电压的过压 保护。l该脚电压小于8V时，供电比较器SVC输出低电平给与门G3,由与门输出低电平经输出 驱动器给 IC(13)脚，故开关管截止，所以(14)脚能对振荡过弱

8、、输出电压过低，诸如负载短路起保 护作用。PIN 2：初级电流模拟输入及过流限制脚图4该脚电压与开关管的电流成正比，外接电阻R2和电容C2 (见图2 ),V2=1.5V+Lprimary*Iprimary/R2*C2。（Lprimary为变压器的初级绕组的电感量，【primary为开关管的初级电流）。On Time Comparator 导通时间比较器-端为控制电压，该电压的最大值为IC内部的参考电压5V,开关管的最大初级电流为 IMprimary=3.5V*R2*C2/Lprimary， IC 内部误差放大器、第（5）脚外接光耦调整输入或者第（11）脚反馈点校正电 压都可以对控制电压进行控制

9、，从而控制开关管的导通时间。l当On Time Flipflop导通时间触发器Q端输出高电平时，经II反相器后变为低电平，1.5V 切换开关截止，300V 通过 R2 对（2）脚外接 C2 充电，即 On Time Comparator 导通时间比较器+端被充电， 当其正端大于负端（负端为控制电压：5V左右）时，比较器输出高电平接到On Time Flipflop导通时间触 发器的 R 端，最后使得On Time Flipflop导通时间触发器Q端由原先的高电平1变为低电平0 （过程如上 图箭头标示） ,所以 C2 被充电到大于控制电压的时间长短和控制电压的大小决定了开关管的导通时间；l当On

10、 Time Flipflop导通时间触发器Q端输出低电平时，经I1反相器后变为高电平，1.5V 切换开关导通，（2）脚外接C2被放电至1.5V，即On Time Comparator导通时间比较器正端被放电，当其 正端小于负端（负端为控制电压：5V左右）时，比较器输出低电位接到On Time Flipflop导通时间触发器的 R 端，最后使得On Time Flipflop导通时间触发器Q端由原先的低电平0变为高电平1。如此TDA16846正常工作时，On Time Flipflop导通时间触发器Q端一直处于高低电平的 变换过程，从而控制了与门G3的输出，再经Output Driver输出驱动

11、器放大，最后由（13）脚输出高低电 平变化的开关脉冲给开关管.PIN 11：初级电压检测脚该脚电压一般由 300V 直流电压分压得到，可用于对电网电压的检测，配合图1，即内部方 框图分析如下。l电网欠压保护：当该脚电压小于1V时，Primary Voltage Check初级电压检测器输出高电 平，经或门 G4 输出高电平，接到错误触发器的输入S端，再由错误触发器Q非端输出低电平到与门G3，最 后 G3 输出低电平经输出驱动器给IC（13）脚，故开关管截止。l电网过压保护：当该脚电压大于1.5V时，Fold Back Point Correction反馈点校正器输出低 电平， D5 正向导通，

12、控制电压将减小，开关管的导通时间减少，开关电源输出电压降低，所以实际上是 以过流保护的形式实现了对电网电压的过压保护。电源最大初级电流为 IMprimary=（4V-V11/3） R2*C2/ Lprimary。PIN 1：关断时间电路图5图6工作过程:开关管截止时,IC内部恒流源产生的电流11(约1MA)对该脚的外接电容C1进 行充电直 到3.5V (见图6),充电的时间TC1 C1*1.5V/1mA；开关管导通时，电容C1被 充 电到3.5V后内部电流源断开，C1通过电阻R1放电。该脚内部接在 关断时间比较器(OFTC)的负端，而OFTC的正端则接Control Wltage控制电压，电压

13、被限制在 最低值 2V (目的：轻负载时稳定频率)。当导通时间触发器ONTF处于设置状态时，如果关断 时间比较器OFTC输出高电平，IC(3)脚上的电 压少于25mA (即Zero Crossing Signal过 零信号输出高电平)，则 可以保证开关管切换在最低的电 压值。如果没有过零信号加到 IC(3)脚，则开关管将经过延时直到V1降低到1.5V后才导通。由于开关管由导通变为截 止时，来自变压器的寄生振荡会产生错误的过零信号传到IC(3)脚，所以此时只要V1高 于经过限幅的控制电压，OFTC将输出低电平，使导通时间触 发器ONTF失去抑制IC(3) 脚的错 误过零信号的能力。当IC( 1)

14、脚的电压V1小于受限制的控制电压时，有如下对应关系表。控制电压输出功率关断时间 TD11.52V低常数(TD1MAX)，固定的待机频率23.5V减小3.55V高最小可见当控制电压小于2V时，输出功率 低，关断时间最大且为常数，TD1MAX0.47*R1*C1PIN3: 过零检测与调整输入 /PIN4: 软启动与调整电容图7图8如图7所示，IC内部有一个Error Amplifier误差放大器，由开关变压器次级绕组感应到的 开关脉冲经过R31与R32分压后，送到IC(3)脚，即误差放大器的负端。当输出电压较高时，如(3)脚 的脉冲电压大于5V,误差放大器将输出低电平，二极管导通，经过C4平滑后，

15、参考电压Vreg变低，此参考电 压通过控制电压缓冲器 BCV 使控制电压也变小，因此输出电压将自动调低；反之输出电压较低时，如其脉冲低 于5V，误差放大器将输出高电平，二极管截止，由于电容C4的存在，5V对参考电压Vreg充电，参考电压升 高，控制电压也升高，因此输出电压将自动调高，可见该脚有一定的稳压控制作用。图8 显示了调整的整个过程。IC(3)脚外接电容C3 除了对过零信号延迟外，还起对开关管截止后产生的尖峰脉冲进行平滑的作用。PIN4为软启动控制端，其外接电容C4为软启动电容。如图7所示，刚开机时，内部5V电 源对该脚的外接电容 C4 充电，参考 电压Vreg缓慢上升，经控制电压缓冲器BCV使控制电压也缓慢上升， 因此开关管的导通期将缓慢增加，逐渐展宽，使整机各点处于低压小电流的工作状态，从而保护开机瞬间各元器 件不被浪涌电流和高感应电动势损坏。IC(13)开关脉冲输出端脉冲大体如下图所示。图9图9为固定频率和同步电路，当IC(7)脚为低电位时，OP1负端输入小于正端输入，OP1输 出高电位，此高电位通过电阻、二极管以接近1mA的电流对该脚外接电容C7快速充电，当充电到其电压 大于 OP1 的正