AP384XC系列PWM控制器的設(shè)計考慮

摘要 – AP384XC 系列芯片是BCD推出的高性能電流型PWM控制器。和其它競爭對手產(chǎn)品相比，具有低啟動電流，低工作電流和內(nèi)置過溫關(guān)斷保護(hù)功能。本文對比和說明了AP384XC與競爭對手產(chǎn)品之間的主要差異及與之相關(guān)的關(guān)鍵設(shè)計考慮，以消除因?qū)ζ涮匦圆涣私舛赡墚a(chǎn)生的濫用情況。

Ⅰ.  主要特點(diǎn)簡介

384X 系列電流型PWM控制器已廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源設(shè)計中。許多半導(dǎo)體廠商都生產(chǎn)此標(biāo)準(zhǔn)電源管理控制芯片。表一列出了BCD和三個主要競爭對手產(chǎn)品的關(guān)鍵參數(shù)對比。
　

與競爭對手的產(chǎn)品相比，BCD的 AP384XC 具有如下特點(diǎn)： 

1.        低啟動電流

2.        低工作電流

3.        內(nèi)部過溫保護(hù)功能

這些特點(diǎn)不僅能夠提供更加可靠的過溫保護(hù)，而且能降低開關(guān)電源在空載待機(jī)時的功耗。

同時，由于啟動電流小，AP384XC的啟動電路參數(shù)應(yīng)當(dāng)和競爭對手產(chǎn)品稍有不同。在某些應(yīng)用中，一個簡單的直接替代可能會產(chǎn)生問題，尤其是在短路工作模式中。

在其它部分的性能參數(shù)上，例如內(nèi)部運(yùn)放，參考電壓，PWM部分，驅(qū)動能力，欠壓保護(hù)以及啟動關(guān)斷時序，AP384XC和競爭對手產(chǎn)品幾乎沒有任何差異，不會對系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)生影響。

Ⅱ. 短路工作情況的分析

對于384X 系列產(chǎn)品，通常有如下幾個方法實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)功能：抬高Isense腳的電位和下拉COMP腳，切斷振蕩器，通過外部信號關(guān)斷芯片電源Vcc以及通過打嗝工作方式。除最后一種，其它四種方法分別顯示在圖一中的a，b，c和d。在以上四種短路保護(hù)方法的實(shí)現(xiàn)上，BCD的AP384XC和競爭對手產(chǎn)品無任何差異。 






    圖一 常用短路保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法

打嗝方式是一種性價比很高的過流及短路保護(hù)解決方案，被廣泛應(yīng)用于對短路要求不是非常精確和嚴(yán)格的場合。圖二給出了此種短路保護(hù)方案的典型的實(shí)現(xiàn)方法。從圖三則可以了解其具體工作模式。 



 圖三，打嗝保護(hù)工作模式 

在此典型應(yīng)用中，芯片通過一個大阻值的啟動電阻與整流后的高壓端相連以獲得足夠的啟動電流。在啟動后則由來自主變壓器的輔助繞組供電。

當(dāng)輸出端子短接，由于輔助繞組和輸出繞組的磁耦合，輔助繞組上的電壓也會隨之快速下跌。如果忽略漏感的影響，此時AP384XC僅由Vcc電容C1供電且其電壓一定會逐漸降低。一旦Vcc降到芯片最小工作電壓，芯片將停止工作，無PWM輸出。然后，C1將再次通過啟動電阻由整流輸入電壓充電，直到達(dá)到芯片開啟電壓。此兩種模式連續(xù)交替重復(fù)。

在此種輸出短路保護(hù)模式中，芯片PWM輸出工作時的瞬時功率要遠(yuǎn)大于正常工作時。但系統(tǒng)消耗的平均功率由于打嗝工作模式而得到限制。然而，因?yàn)楹透偁帉κ之a(chǎn)品比，AP384XC具有低啟動電流從而需要比較大的啟動電阻值，作簡單的完全替換時也許會對系統(tǒng)應(yīng)用造成不必要的風(fēng)險。

參考圖二和圖三，因?yàn)闊o論是在工作模式還是在關(guān)斷模式，AP384XC比競爭對手消耗更少的電流，很容易可以得到以下結(jié)論：直接替換對手產(chǎn)品將會增加Tfall 時間和減少Trise 時間，從而增加平均輸入功耗。 

Ⅲ. AP384XC的設(shè)計注意事項(xiàng) 

所以在采用打嗝方式實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)的系統(tǒng)應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)對啟動電路部分參數(shù)作稍許的調(diào)整。

對于通用交流寬輸入電壓情況下，如果圖二中的 C1 選取22uF, 啟動電阻Rst 建議選用680k 到 1M，則可以獲得安全可靠的短路保護(hù)功能，且能滿足全電壓范圍對啟動時間的需求。而競爭對手的 UC3843在此條件下的Rst典型值為270k。 

圖四給出了AP384XC在短路模式下的工作波形。從此圖可以看出在可靠打嗝工作模式下，輸入平均功率很容易被限制到可以接受的水平。

圖四，實(shí)測短路模式下的工作波形

如果還需要進(jìn)一步降低短路模式下的輸入功耗，使用輔助繞組上的串聯(lián)電阻R1可以縮短 Tfall 從而提高短路性能。R1增大有助于限制短路功耗，但也會增加正常工作時的損耗。通常0~100 歐姆是比較合適的。 

對于圖二中的D1，反向恢復(fù)時間長的二極管會更易于降低短路功耗，因?yàn)槠渎_關(guān)特性更利于消耗掉C1上的能量。也就是說，F(xiàn)R102 比 IN4148在降低短路功耗上要好。

但是，在某些應(yīng)用中，AP384XC由來自獨(dú)立電源的繞組供電且沒有使用啟動電阻。此時短路保護(hù)是通過切斷AP384XC的Vcc供電來實(shí)現(xiàn)，而非打嗝方式。圖 五中典型ATX12V臺式計算機(jī)電源就是采用此種短路保護(hù)方式。

在這種應(yīng)用中，AP384XC的低啟動電流對系統(tǒng)的性能無任何影響。即此時簡單的替代其他對手產(chǎn)品是完全可行的。


圖五，采用輔助電源的開關(guān)電源系統(tǒng)

Ⅳ. 結(jié)論

從以上分析可以得出，AP384XC是具有高性能的電流型PWM控制器。只要設(shè)計得當(dāng)，它可以滿足所有通用開關(guān)電源應(yīng)用需求。