TEA1504開關(guān)電源低功耗控制IC

摘要：介紹了Philips公司開發(fā)的Green Chip TM綠色芯片TEA1504的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理，該控制芯片集成了開關(guān)電源的PWM控制、高低頻模式轉(zhuǎn)換、柵極驅(qū)動和保護(hù)等功能，同時上有瞬態(tài)響應(yīng)快，啟動電流過沖小，待機功耗低等特點。

1 前言

開關(guān)電源以其供電效率高，穩(wěn)壓范圍大，體積小被越來越多的電子電器設(shè)備所采用，在大屏幕電視機、監(jiān)視器、計算機等電器的待機或備用（stand-by）狀態(tài)會繼續(xù)耗電，為此，Philips公司采用BiCOMS工藝開發(fā)出了被之為Green Chip TM(綠色芯片)的高壓開關(guān)電源控制芯片。該類集成芯片（IC）的穩(wěn)壓范圍為90～276V(AC)，能將開關(guān)電源待機功耗降至2W以下，其本身的待機損耗小于100mW，并具有快速和高效的片內(nèi)啟動電流源；在負(fù)載功率較低時，它還能自動轉(zhuǎn)換到低頻工作模式，從而降低了開關(guān)電源的損耗。高水平的集成技術(shù)使IC的外圍元件大大減少，以實現(xiàn)開關(guān)電源的小型化、高效率和高可靠性。本文介紹的TEA1504是Green Chip TM系列IC中的重要成員之一。

圖1 TEA1504的內(nèi)部原理框圖

2 TEA1504的工作原理

TEA1504采用14腳雙列直插式(DIP14)塑料封裝，它的引腳功能如表1所列，內(nèi)部原理框圖如圖1所示。該IC內(nèi)部集模擬電路和數(shù)字電路于一體。它除含有誤差放大器、振蕩器、脈寬調(diào)器（PWM）、鋸齒波發(fā)生器等一般開關(guān)電源控制IC的單元電路外，還集成了高壓啟動電流源、獨特的開、關(guān)功能電路和猝發(fā)待機（burst mode stand-by）電路。TEA1504具有三種工作模式，即：正常開/關(guān)工作模式、猝發(fā)待機模式和輕負(fù)載功率低頻模式。通過靈活設(shè)置工作模式可大大提高開關(guān)電源的工作效率。

表1 TEA1504引腳功能

符 號引 腳

功 能

Vi1高壓啟動電流源輸入DRIVER4驅(qū)動信號輸出，接功能MOSFET管的柵極Isense5電流取樣輸入，連接到電流取樣電阻Vaux6IC電源端，連接到輔助電源濾波電容DS7IC內(nèi)部驅(qū)動電路電源，可與6端共用電源REF8參考輸入，連接到參考電阻，于設(shè)置內(nèi)部參考電流CTRL9振蕩周期和脈沖占空比控制GND11地DEM13消磁信號輸入端OOB14猝發(fā)待機模式，開/關(guān)工作模式控制信號輸入端n.c.其它未連

2.1 內(nèi)部啟動電流源和電源Vaux管理

TEA1504內(nèi)部設(shè)計有先進(jìn)的啟動電流源，因而無需外加高耗能的連續(xù)充電電路。啟動電流源由外部主電壓從Vi端（pin1）輸入，可為IC的電源電容Caux提供充電電流，同時也為IC的內(nèi)部控制電路提供工作電流。當(dāng)Vaux端的電源電容被充電到11V時，振蕩器開始起振，IC輸出脈寬調(diào)制信號（PWM）來驅(qū)動功率MOSFET管，從而使開關(guān)變壓器的次級隨之輸出直流電壓Vo。Caux上的電壓在啟動時有一次充放電的過程，啟動時由啟動電流源對Caux充電。當(dāng)Caux上的電壓上升到11V時，電路將產(chǎn)生振蕩并輸出PWM波。同時Caux上的電壓開始下降，當(dāng)該電壓下降到下限門限值8.05V時（UVLO）,開關(guān)變壓器輸出電壓，從而使Caux被輔助繞組重新充電到11V。TEA1504的正常啟動波形如圖2（a）所示。

另外，啟動電流源還能幫助實現(xiàn)系統(tǒng)故障狀態(tài)下的安全再啟動或“打嗝”工作模式。一般在故障狀態(tài)下，IC將停止正常工作模式。因為當(dāng)IC檢測到輸出故障狀態(tài)時，會立即封鎖驅(qū)動脈沖輸出，而使Caux無法得到補充充電，從而使其電壓隨之下降，一旦Caux上的下降到電壓下限鎖定值，啟動電流源將重新被激活，并將Caux充電到11V，系統(tǒng)又開始進(jìn)入安全再起動模式，如此往復(fù)循環(huán)。而在“打嗝”工作模式（其工作波形如圖2（b）所示），為了達(dá)到安全的“打嗝”工作模式，在安全再啟動模式下，Caux的充電電流Irestart應(yīng)為0.53mA，而正常工作模式下的充電電流Istart為1mA，因而可確保在輸出短路情況下系統(tǒng)元件不致?lián)p壞。IC內(nèi)帶溫度補償?shù)?.5V基準(zhǔn)電壓在經(jīng)REF腳（pin8）外接參考電阻RREF后可產(chǎn)生一個不受溫度影響的偏置電流IREF，但應(yīng)注意：RREF的取值會影響到振蕩頻率。

圖2 TEA1504典型波形

2.2 脈寬調(diào)制器（PWM）與振蕩器

TEA1504使用獨特的電壓反饋結(jié)構(gòu)。它的初級電壓反饋信號通過RDEM從DEM端（pin13）輸入，采樣與保持電路通過流入DEM端的采樣電流來工作，采樣電流的大小與RDEM上的電壓有關(guān)。次級采樣電流的大小被儲存在CTRL腳的外接電容CCTRL上，并由它給PWM調(diào)制器設(shè)定驅(qū)動脈沖的占空比。在次級反饋電路中，反饋電壓一般通過光耦合器提供。

PWM單元由一個反相誤差放大器和比較器組成，它輸出的PWM波的占空比與CTR端（pin9）的控制電壓成反比。來自振蕩器的信號通過觸發(fā)器送到功率MOSFET的驅(qū)動級可使MOSFET管開通，而來自脈寬調(diào)制器的信號或占空比限制電路信號，則可使MOSFET關(guān)斷。當(dāng)PWM輸出波形不穩(wěn)時，觸發(fā)器將停止輸出PWM波形。PWM波形的最大占空比為80%。

在脈寬調(diào)制電路中，將振蕩器輸出的鋸齒波電壓與誤差放大器的輸出進(jìn)行比較，可調(diào)整PWM波形的占空比。振蕩器被全部集成在IC內(nèi)，通過內(nèi)部電容的充、放電產(chǎn)生鋸齒波，鋸齒波的斜坡段占整個振蕩周期的80％，所以IC輸出波形的最大占空比為80％。改變外部參考電阻RREF的電阻值（RREF可在16.9kΩ～33.2kΩ之間選擇）可使振蕩頻率在50～100kHz之間改變。IC內(nèi)部有一個頻率控制單元，它能根據(jù)輸出負(fù)載的輕重自動使振蕩器工作于低頻或高頻狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)電源的輸出功率小于最大輸出功率的1/9時，TEA1504將轉(zhuǎn)換到低頻工作模式，低頻與高頻工作模式的頻率比為1:2.5。低頻工作可減小開關(guān)電源的開關(guān)損耗，而且在轉(zhuǎn)換時不會影響到輸出電壓的調(diào)節(jié)。

TEA1504輸出的驅(qū)動脈沖正向電流可達(dá)120mA，反向脈沖電流可達(dá)550mA。它允許快速開通和關(guān)斷功率MOSFE

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