交互式有源箝位电流型PWM控制IC LM5034

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交互式有源箝位PWM控制IC--LM5034.

有源箝位正激式变换器有一系列的优点,然而要想获得更大的功率输出,只靠一只功率MOSFET就有些困难,那么如何利用原系统EMI以及输入电路的工作间隙进一步扩大输出功率呢?搞一个交互式有源箝位正激电路可能是最经济的方法。

一般有源箝位正激电路正常工作的占空比为40~50%,另外50~60%的时间为空档。我们将两个有源箝位正激电路放在一起,同频同步工作,但功率元件的导通信号差1800时将会非常优秀,此外两路工作既可以满足不同的多输出电压的需要,也可以做单输出的并联。

LM5034即是这样一款交互式控制方式有源箝位正激电路的控制IC。

LM5034中有一个100V高压以下的起动电路,然后由一个振荡器去控制两路正激拓扑,每路还都给出有源箝位驱动的重叠调节,两路各自的最大占空比控制。此外还给出欠压锁定,逐个周期式电流限制,打呃式的故障保护,可调整重新起动时间,电流型工作的斜率补偿,软起动及2MHz的最高振荡频率。每路栅驱动输出高达2.5A等,因此可以实现大功率仅次于全桥电路拓朴的功率输出。

内部等效电路如图1所示。

图1 LM5034控制器的内部等效电路

LM5034采用20Pin引脚的包封,下面先介绍各端子的功能。

1Pin OVLP.有源箝位的重迭时间设置。(间隔调整)在其外部接一支电阻到GND(10K~100K)设置此重迭时间,它用于调节功率开关的ZVS状态。

2Pin V1N.高压起动端子,输入电压可从13V~105V。

3Pin Comp1.PWM控制信号给1通道的PWM比较器的反相端子,OUT1的占空比随Comp1电压增加而增大,内部5KΩ电阻外接光耦。

4Pin CS1电流检测输入,1通道的电流取样及电流限制的检测,如果CS1超出0.5V,OUT1即被终止。其通过一外部电阻接出以调节PWM的斜率补偿,不得超过1.25V。

5Pin SS1第一通道的软起动端子,外接一电容设置软起动时间,充电电流为50uA,若故障后重新起动则电流仅为1uA。

6Pin UVLO输入欠压锁定,外部一个电阻分压器从输入到地,然后接于此端,UVLO参考电压为1.25V,内部开关给出25uA电流,可调节UVLO的窗口阈值,此外UVLO端的电压还控制着最大占空比。

7Pin VCC1起动调节器输出,给1通道提供一个7.7V的稳定电压,Vcc1及Vcc2两通道供电总合会超过19mA。

8Pin OUT1.第一通道栅驱动输出,频率为振荡器的1/2,电平为7.7V到GND。

9Pin AC1第一通道箝位MOSFET驱动输出,相位电平适合于P沟MOSFET。若驱动N沟MOSFET则需采用变压器隔离及倒相其与OUT1的交越(间隔)由OVLP端上的电阻调节。

10Pin GND1.第一通道的公共端。

11Pin GND2.第二通道的公共端。

12Pin. AC2.第二通道的箝位MOSFET驱动输出,它与OUT2的交越时间同样由OVLP调节。

13Pin OUT2第二通道主功率MOSFET输出驱动。同样,频率为振荡器的1/2,幅度为7.7V到GND。

14Pin VCC2起动调节器输出给二通道供电。

15Pin RES打呃保护及重新起动时间调节。

16Pin SS2软起动,控制器2通道软起动时间控制。

17Pin CS2 第二通道的电流检测输入。

18Pin COMP2.PWM控制信号给二通道PWM比较器,功能与COMP1相同。

19Pin DCL 最大占空比设置端。用一只外接电阻到地同时给OUT1和OUT2来设置。

20Pin RT/SYNC 振荡器定时电阻,调节振荡器频率,并用于外同步输入。

LM5034控制功能描述

LM5034 IC内包含了实现交互式有源箝位,正激电路控制的全部功能。两个独立通道,一个振荡频率,相差1800的工作相位差,这就大大减小了输入的滤波及纹波电流。每个通道都包含了完整的PWM控制器,电流检测端子,软起

动,箝位栅驱动等。两通道公共用一个Vcc稳压器,线路的欠压保护,2MHz的振荡器及最大占空比控制,交越时间设置,及打呃型保护。

主输出为驱动N沟MOSFET设计,箝位驱动为驱动P沟MOSFET设计。

欠压锁定

LM5034内包含线路欠压锁定电路,(UVLO)的设计用于确保Vcc电压调节器及输出驱动的可靠,在系统输入电压超过我们设置的水平时才开始工作。UVLO的设置电平为1.25V。从电源输入端接一电阻分压器到地分压后接到此端,这样输入电压高于设定值时工作,低于设定值时关断,关断时内部的20uA电流源也关断。输入电压达到工作阈值时,20uA电流源也供出,流进分压器下电阻,从而提升结点电压形成UVLO的窗口阈值。UVLO的内部电压还用来驱动最大占空比的限制电路(以下再述)它影响着UVLO的选定值,在最大输入电压时UVLO处电压不得大于6V。

LM5034控制IC在UVLO低于1.25V时会强制关断,也可用一个外部开关控制其关断,当欠压端电平低时,Vcc调整器和输出驱动就都被禁止,因为V1N 端进入电流仅500uA,如果起动后Vcc供电在外部没有供上,则流入电流减至50uA,这样,进入Vcc端电流大约只有4.3mA。Vcc调节器即被禁止工作。

起动用稳压器,V1N,V CC1,V CC2。

高压起动调节器是LM5034的特色,输入端V1N可直接接到输入电压端为13V~105V。起动稳压器提供Vcc及UVLO部分。Vcc在UVLO超出1.25V时才启动,在实际应用中,若输入超出100V,则内部调节器可由其它低压源供电。

Vcc的欠压阈值电路监视Vcc调节器输出,当此串联调节器使能并于内部给出7.6V电压,UVT比较器激活PWM控制器输出驱动信号,UVT比较器还烧入了一个窗口,起点为6.2V,终点为7.6V,见图2。

图2驱动关断及Vcc禁止

当IC使能后,Vcc稳压器输出为7.7V±4%,限制电流为22mA。调节器输出由电阻分压器分别送给V CC1和V CC2以便给两个控制通路供电,V CC1供给控制器1,驱动OUT1及AC1,软起动1及所有功能,而V CC2则供给控制器2,如果V CC1或V CC2由外部V CC供电,则限流功能为两端的负载总和。

用两支5Ω电阻分开V CC调整器,就要用两个外旁路电容,这可以防止两者之间的干扰,同时每个旁路电容可以确保每边驱动MOSFET时带来的浪涌。电容可用相同数值且紧靠各自的V CC端子。

在多数应用中,必须由外部供给V CC以平均工作电流,否则在V CC供电能力不足时会妨碍正常工作,通常外供电源可由主变压器供给,参见应用电路。