反激變換器準諧振控制器ICE1QS01及其應用電路

2020-12-08 電子產品世界

0 引言

ICE1QS01是英飛凌公司推出的一種輸出功率範圍從1W到300W，帶或不帶功率因數校正(PFC)的反激式變換器控制器。該控制器IC工作在準諧振模式，典型應用包括TV，VCR，DVD播放機，衛星接收機和筆記本電腦適配器等。

為了在輕載下降低功率消耗，ICE1QS01隨著負載的減小，其開關頻率逐步數字式地降至20kHz的最低值。同時，隨頻率降低保持準諧振模式。在從滿載到空載的整個負載範圍內，能夠平穩工作。當工作頻率降低時，IC的數字抗抖動電路可以消除過零信號的連續跳動，尤其是可以避免電視機中因偏轉引起的負載連續變化產生的抖動。為了減小功率MOSFET的開關應力，功率電晶體總是在最低的電壓上接通。電壓調整既可利用內部誤差放大器，也可利用外部光耦合器。由於採用新的初級調節方法，在變壓器控制繞組與控制輸入之間的外部整流電路，可用一個電壓分配器來取代。在待機模式下，IC自動進入突發模式，待機輸入功率遠低於1W。保護功能包括Vcc過壓/欠壓鎖定，主線電壓欠壓關斷和電流限制等。ICE1QS01的啟動電流僅約50μA，它是一種低功耗綠色SMPS晶片。

1 晶片的封裝與電路組成及其功能與工作原理

ICE1QS01採用P-DIP-8-4封裝，引腳排列如圖1所示。表1列出了各引腳的功能。

圖1 ICE1QS01的引腳排列

表1 引腳功能 引腳 符號 功能簡述

1 N.C 未連接

2 PCS 初級電流模擬(simulation)輸入

3 RZI 調整與過零信號輸入

4 SRC 軟啟動和調整電容器連接端

5 OFC 過電壓故障比較器輸入

6 GND 地

7 OUT MOSFET柵極驅動器輸出

8 VCC 電源電壓施加端

ICE1QS01晶片主要由比較器，觸發器和數字處理電路組成，具體如圖2所示。

圖2 ICE1QS01晶片電路組成

在圖2所示的電路中，左上角部分為折彎點(foldback point)校正單元。該部分電路的功能是在MOSFET導通期間，從腳RZI流出一個電流，電流源CS4提供的0.5mA的電流被扣除，所得到的電流I4乘以0.2(即為I3)，被饋送到IC的PCS腳，從而增加PCS腳外部電容的充電電壓斜率。當AC線路電壓升高時，MOSFET的導通時間縮短，最大輸出功率保持不變。主線電壓通過Vcc偏置繞組並經連接在腳RZI上的一支電阻來檢測。

在腳RZI內部，門限電平5V和4.4V的比較器用於初級調整，門限電平1V和50mV的比較器分別是振鈴抑制時間比較器和過零信號比較器。

在圖2的右上角是計數器、定時器和比較器組成的數字頻率降低電路以及反相輸入端為VRM=4.8V與VRH=4.4V並帶VRH鎖定的比較器和反相輸入端VRL=3.5V並帶VRL鎖定的比較器。

在圖2的中央是軟啟動和通—斷(on-off)觸發器。軟啟動觸發器通過通—斷觸發器的上升沿(並利用沿檢測器ED1)置位。通—斷觸發器通過反相輸入端15V的比較器(圖2左下方)置位。該比較器上面是20V的Vcc過電壓比較器，下面是145V和9V的欠電壓比較器。IC腳PCS內部電阻R2連接一個開關，該開關由一個與門輸出控制，與門的輸入來自通—斷觸發器的輸出。在開關接通時，腳PCS外部電容放電到1.5V。當進入PCS腳的電流低於100μA時，在主線欠電壓比較器輸出產生一個低電平輸出信號。該輸出信號經一個與門和或門電路置位脈衝鎖定觸發器，與門的另一個輸入是接通時間觸發器的反相輸出。

位於圖2中間下方的是突發觸發器和脈衝鎖定觸發器。突發觸發器由IC腳SRC內的2V比較器輸出置位。突發觸發器的輸出，連接到脈衝鎖定觸發器的置位輸入。脈衝鎖定觸發器的輸出，影響接通時間觸發器的復位輸入。接通時間觸發器的輸出，連接到IC腳OUT內的輸出緩衝器。脈衝鎖定觸發器也可由20V的過電壓比較器置位。

IC腳SRC內部的電流源CS1為SRC腳外部電容器提供500μA的放電電流。與CS1並聯的電流源CS2，通過軟啟動觸發器激活。CS2的電流通過50ms定時器控制逐步改變，以此為軟啟動產生上升的調節電壓。

一個20kΩ的上控電阻R1下端在內部連接到SRC腳，上端通過開關連接到5V的參考電壓。該開關由一個觸發器的輸出控制，該觸發器通過接通時間觸發器的輸出下降沿置位，以產生振鈴抑制時間。接通時間觸發器由過零信號經過一個與門復位，該與門的另一個輸入是下部第二個觸發器的輸出。當RZ1腳上的脈衝高度超過44V的門限時，第二個觸發器置位。

在圖2右上部的數字頻率減小電路中，4位加/減(UP/DOWN)計數器的寄存數決定變壓器退磁後的過零信號數。過零信號計數器計數輸入過零信號，並由一個比較器檢測和放大。只要過零計數器存儲數與加/減計數器存儲數相等，比較器就發送一個輸出信號至接通時間觸發器，從而使功率MOSFET導通。為避免抖動，加/減計數器的存儲數僅在50ms定時器確定的每個50ms周期之後加1或減1改變，這種變化取於VRH和VRL鎖存狀態。如果兩個鎖存處於低態，計數器增加1。如果僅VRL鎖定置位，加/減計數器仍不變化。如果VRL和VRH被置位於高電平，加/減計數器減少1。在此之後VRH與VRL鎖定被復位。在接下來的50ms內，VRH與VRL鎖存將再次置位。當IC腳SRC上電壓VSRC3.5V時，VRL鎖定置位，加/減計數器加1;當VSRC>4.4V時，VRH鎖定置位，加/減計數器減1。在一個大的負載跳躍這後，為能迅速調節到最大的功率電平上，只要VSRC>4.8V時，加/減計數器被置位到1(0001)。

2 應用與設計

2.1 應用實例與電路簡析

圖3是由ICE1QS01作控制器的200W高端電視機SMPS電路。該電路輸入AC90～264V，4路輸出電壓/電流分別為135V/0.75A，30V/1.2A，15V/0.5A和7V/1.2A。

圖3 基於ICE1QS01的200W彩色電視機SMPS電路

相關焦點

  • 基於NCPl65l控制器的90W反激式單級PFC變換器原理與
    關鍵詞：NPCI65l；單級PFC；控制器；反激拓撲；設計0 引言 單級PFC的基本拓撲及其工作原理在《電源技術應用》等學術期刊中，已有許多文章對其進行了介紹。儘管單級PFC電路儀需一個功率升關，電路拓撲簡單，效率較高，但單級PFC的實用電路卻非常少見。
  • 基於NCPl65l控制器的90W反激式單級PFC變換器原理與設計
    本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/80415.htm　　關鍵詞：NPCI65l;單級PFC;控制器;反激拓撲;設計　　0 引言　　單級PFC的基本拓撲及其工作原理在《電源技術應用》等學術期刊中，已有許多文章對其進行了介紹。
  • 準諧振反激的原理、應用及參數計算
    如果不用固定的時鐘來初始化導通時間,而利用檢測電路來有效地「感測」MOSFET (VDS) 漏源電壓的第一個最小值或谷值,並僅在這時啟動MOSFET導通時間,結果會是由於寄生電容被充電到最小電壓,導通的電流尖峰將會最小化
  • 準諧振工作的反激轉換器(04-100)
    引言　　利用準方波諧振轉換器，亦稱準諧振(QR)轉換器，可設計出電磁幹擾(EMI)特徵波形較小的開關模式電源(SMPS)。這些轉換器基於著名的反激架構，且QR控制器包含簡單的邏輯電路(無振蕩器)，從而使任何SMPS設計師都能輕而易舉地理解準諧振。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/80832.htm　　這些轉換器正日益走俏，並主要應用於消費電子市場，但並非每位設計師都了解「準諧振」背後的原理。
  • 基於UCC28600的準諧振反激式開關電源的設計方案
    基於UCC28600的準諧振反激式開關電源的設計方案 李惺,靳麗等 發表於 2014-01-08 11:16:32 　　本文提出了一種基於UCC28600控制器的準諧振反激式開關電源的設計方案
  • 基於MATLAB的對零電流開關準諧振變換器的建模與仿真
    1引言本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/179461.htm零電流開關（ZCS）準諧振變換器（QRC）因其內在的軟開關特點和電路的簡單。而有多種DC/DC變換器的拓撲類型。
  • 實戰講解反激式準諧振開關電源
    ●因此，反激式開關電源在小功率和對EMI有要求的場合應用。反激式開關電源效率相對最低原因●開關管關斷損耗：●開關管是在電流最大時關斷的，關斷過程承載著大電流和高電壓;●變壓器的漏感相對大，由於變壓器漏感產生的直接、間接損耗在各種電路拓撲中最大;●開關管的開通過程也存在開通損耗。
  • 準諧振和諧振轉換-兩種提高電源效率的技術
    工作原理準諧振和諧振拓撲都能夠降低電路中的導通開關損耗。圖1對比了連續傳導模式 (CCM) 反激式、準諧振反激式和 LLC 諧振轉換器的導通開關波形。所有情況下的開關損耗都由下式表示：a) CCM反激式轉換器 b) 準諧振反激式轉換器 c)LLC諧振轉換器圖1 CCM反激式、準諧振反激式和LLC諧振轉換器的開關波形比較
  • 一種基於UCC28600準諧振反激式開關電源的方案
    本文提出了一種基於UCC28600控制器的準諧振反激式開關電源的設計方案，該方案分析了準諧振反激式開關電源的工作原理及實現方式，給出了電路及參數設計和選擇過程，以及實際工作開關波形。
  • 反激開關電源架構與電子電路設計盤點
    打開APP 反激開關電源架構與電子電路設計盤點 Dick 發表於 2016-06-06 10:43:47 　　頻域分析是開關變換器的設計難點
  • 準諧振與諧振:兩種提高電源效率的技術
    準諧振和諧振拓撲都能夠降低電路中的導通開關損耗。圖 1 對比了連續傳導模式 (CCM) 反激式、 準諧振反激式和 LLC 諧振轉換器的導通開關波形。當開關電流反向時，體 (body) (或外部反向並聯) 二 極管把電壓鉗位在一個低值，例如 1V，這遠低於前面提到的反激式轉換器的 400V。諧振轉換器利用一個諧振電路來產生延時。兩個 MOSFET 產生方波，並加載在諧振電路上。通過 選擇合適的諧振電路，並把工作點設置在諧振點之上，流入諧振電路的電流可以非常接近正弦波， 因為高階分量一般都大為衰減。
  • 基於安森美NCP1937控制器的高效、低能耗75W+電源
    )反激控制器，能用於設計緊湊、高能效、待機及輕載能耗極低的適配器等電源。該控制器包含高壓啟動及有源輸入濾波X電容放電電路，幫助減少外部元件數量及降低待機能耗。它集成的準諧振控制器帶谷底鎖定功能，提供無噪聲工作。NCP1937集成了高壓輸入欠壓檢測器，還集成了高壓開關，用於斷開PFC反饋電阻分壓器以降低待機能耗。NCP1937支持9 V至30 V的寬VCC範圍，帶內置過壓保護。它還包含0.5 A/0.8 A源/汲電流門極驅動器。
  • 基於Buck-Boost電路的寬輸出電壓AC-DC電源設計
    該設計的核心是反激變換電路和Buck-Boost電路。分析了這兩種電路的工作原理及其應用，並且給出了具體的設計。實驗表明，設計的電源能較好地實現了輸出電壓的寬範圍調節。這大大限定了開關電源的應用。 本文介紹的PWM脈衝調節電路選用晶片UC3842。它是美國Unitrode公司生產的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調製器晶片，工怍環境溫度在-50～150℃之間，具備優良的脈寬調製特性。此外由於微控制器具備較高的性價比和良好的控制特性，所以選擇微控制器作為Buck-Boost電路的PWM信號發生器。
  • 不對稱半橋諧振反激變換器的實現原理和控制模型
    原標題：不對稱半橋諧振反激變換器的實現原理和控制模型 　　小功率反激變換器目前主要是 ACF 應用的多，但是最近又有一種新穎的拓撲不對稱半橋諧振反激開始展現出優勢
  • 基於UCC28600 的諧振工作模式的反激變換器的效率分析
    按變換器的常規設計得到：Np: Ns=6:1 ，Lp=290uH。其他相關設計參數及原理圖可參考文獻2 及附錄。2.主要元器件的損耗分析2.1.全範圍輸入電壓時佔空比及工作頻率的變化變換器全範圍工作在準諧振谷底開通模式，所以滿足Flyback 基本的輸出輸出公式，可根據如下公式，計算得到滿載時佔空比在全電壓輸入時的變化規律，其中D(Vin)為佔空比D 和Vin 的函數關係，其變化規律如圖1 所示，其中Vo 為輸出電壓，Vd為副邊整流肖特基的導通壓降
  • 基於UC1845的多路輸出雙管反激開關電源方案
    在各種類型的DC/DC變換器中，PWM型DC/DC變換器因結構種類多，技術領先，便於實現，已經得到廣泛應用。在航天應用領域開關電源的多種拓撲中，可用於100V高壓母線輸入多路輸出的開關電源，大多數採用的是兩級式變換器，如Buck+推挽兩級式變換器，先通過Buck電路將母線電壓降壓，這樣母線電壓要經過二次調整，使電壓調整率降低；再從器件數量上來說，兩級拓撲，功率開關管至少需要3個，電源體積大且功率密度低，從整體分析不是很理想；而對於可以承受高壓輸入的雙管正激開關電源來說，電路結構相對簡單，但其不適合用於多路輸出的場合
  • 基於ICE2PCS01的有源功率因素校正的電路設計
    3 平均電流控制模式Boost APFC電路原理 本設計主迴路採用Boost變換器拓撲的有源功率因素校正，Boost電路具有效率高、電路簡單、成本低等優點，現將平均電流控制的Boos t AFPC電路的基本工作原理說明。BoostAPFC電路平均電流控制原理如圖1所示，主電路由單相整流橋和DC—DC Boost變換器組成，虛線框內為控制電路。
  • DC-DC buck變換器的混沌現象分析及其控制
    自從Hamill等人報導了關於電力電子電路中出現分岔與混沌現象以來，對在工業中有著廣泛應用的DC—DC開關功率變換器中複雜行為的研究引起了業內關注，並取得了一些有意義的成果。