集成MOSFET驅(qū)動(dòng)器的全橋移相控制器-LM5046

摘要：新推出的全橋移相控制器LM5046，全橋變換器的全部功能，LM5046組成的全橋DC-DC基本電路，內(nèi)部等效電路。而其具備28個(gè)PIN腳功能，文中一一有分解說(shuō)明。
關(guān)鍵詞：全橋移相控制器L345046；28個(gè)PIN腳功能

1 LM5046的功能
    新推出的全橋移相控制器LM5046，包含執(zhí)行全橋變換器的全部功能，它既可以按電流型工作，也可以按電壓型工作，它放置于DC-DC的初級(jí)側(cè)工作，具有100V的高壓?jiǎn)?dòng)源，它提供具有2A驅(qū)動(dòng)的高邊及低邊柵驅(qū)動(dòng)器。直接驅(qū)動(dòng)外部四支組成全橋拓?fù)涞?strong>MOSFET，同時(shí)加入了對(duì)二次側(cè)同步整流MOSFET的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由外部電阻調(diào)節(jié)前沿及后沿的主控與同步驅(qū)動(dòng)間的死區(qū)時(shí)間，其它特色有逐個(gè)電流式限流保護(hù)，打嗝模式重新起動(dòng)，最高振蕩頻率為2MHz，可以外同步。芯片還有過(guò)熱保護(hù)功能。在UVLO和打嗝模式下禁止同步整流信號(hào)。反饋系統(tǒng)有寬帶光耦接口，其驅(qū)動(dòng)二次側(cè)同步整流信號(hào)不用變壓器而采用隔離信號(hào)傳輸器件Si8420BB，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)及裝配，LM5046組成的全橋DC-DC基本電路如圖1。

    其28個(gè)PIN腳功能如下：
    1PIN UVLO線路欠壓閂鎖端，外部用一個(gè)電阻分壓器從Uin接至GND，設(shè)置關(guān)斷點(diǎn)及待機(jī)比較器電平。當(dāng)UVLO達(dá)到0．4V時(shí)，VCC和VREF被禁止。在1．25V時(shí)，SS端重新起動(dòng)，控制器開始工作。窗口設(shè)置由內(nèi)部20μA電流漏及外部電阻分壓器決定。
    2PIN OVP／OTP過(guò)壓保護(hù)端，用一個(gè)外部分壓器從Uin到GND設(shè)置過(guò)壓條件的關(guān)斷點(diǎn)。此外，在外部加一支NTC熱檢測(cè)分壓器，用來(lái)設(shè)置過(guò)熱保護(hù)點(diǎn)的溫度，閾值為1．25V，窗口由內(nèi)部20μA電流源及外部電阻分壓器決定。
    3PIN RAMP送至PWM比較器．調(diào)制斜波給PWM比較器，此斜波可以是由初級(jí)電流或與初級(jí)電壓成比例的預(yù)置信號(hào)，將此端復(fù)位到GND時(shí)將終止每一個(gè)周期。
    4PIN CS電流檢測(cè)輸入，如果CS端電平超出750mY，則PWM輸出脈沖將終止，進(jìn)入逐個(gè)周期式限流，一個(gè)內(nèi)部開關(guān)保持CS端在低電平停留40ns，隨后輸出開關(guān)電平變?yōu)楦唠娖?，用于消隱前沿傳輸。
    5PIN SLOPE斜率補(bǔ)償電流，一個(gè)從0～100μA上斜電流源用來(lái)提供斜率補(bǔ)償(電流型工作時(shí))，該端可以通過(guò)一支合適的電阻接到CS端來(lái)提供斜率補(bǔ)償。如果不需要斜率補(bǔ)償，將其接至GND。
    6PIN COMP輸入到脈沖寬度調(diào)制器，外部光耦接到此端，給出的電流送至內(nèi)部NPN晶體管的電流鏡，PWM的占空比在零輸入時(shí)為最大，達(dá)到1mA時(shí)，占空比減到0。電流鏡改善了頻率響應(yīng)，減少了經(jīng)過(guò)光耦的交流電壓。
    7PIN REF 5V基準(zhǔn)電壓源，最大供出15mA電流，用0．1μF電容在外部旁路。
    8PIN RT／SYNC振蕩器頻率設(shè)置及外同步控制，外部用一支電阻接于RT和AGND端設(shè)置振蕩器頻率。外同步采用AC耦合法，將同步脈沖加到RT／SYNC端，正常同步電平為1．5～2V。
    9PIN AGND模擬GND，其與功率GND直接單獨(dú)連接。
    10PIN DR1同步整流器前沿延遲，將一支電阻接于RD1到AGND。設(shè)置從SR1的下降沿的延遲，或SR2與HO2／LO1的上升沿(或HO1／LO2)。
    11PIN RD2同步整流器后沿延遲。將一支電阻接于RD2到AGND，設(shè)置從HO1／LO2下降沿的延遲(或LO2／HO1)，以及SR2或SR1相應(yīng)的上升沿的延遲。[!--empirenews.page--]
    12PIN RES重新起動(dòng)時(shí)段，當(dāng)CS端超出750mV，電流限制閾值時(shí)，有一個(gè)30μA電流源進(jìn)入RES電容，用于PWM周期的剩余時(shí)間，如果RES電容電壓達(dá)到1．0V，則SS端電容放電，禁止HO1、HO2、LO1、LO2和SR1、SR2的輸出。SS端保持低電平直到RES電容上的電壓上斜道2～4V之間共八
個(gè)時(shí)段。此間其以10μA充電5μA放電。延遲順序后，SS端電容釋放之，進(jìn)入正常起動(dòng)順序。
    13PIN SS軟起動(dòng)輸入，IC內(nèi)20μA電流源在起動(dòng)期間給SS端充電，輸入到PWM比較器電壓隨SS電容充電上升到穩(wěn)態(tài)，開始增加PWM占空比。將SS端電平下拉到200mV以下時(shí)停止PWM脈沖，并關(guān)斷同步整流器驅(qū)動(dòng)到低電平。
    14PIN SSSR二次側(cè)軟起動(dòng)，外部接一支電容加上內(nèi)部20μA電流源設(shè)置軟起動(dòng)斜波給二次側(cè)同步整流器，SSSR電容充電在初級(jí)輸出脈沖后使能，即SS>2V及ICOMP<800μA之下。
    15PIN SSOFF軟關(guān)斷禁止。當(dāng)SS OFF端接到AGND時(shí)，LM5046軟關(guān)斷。系在Uin，UVLO故障及打嗝式過(guò)流保護(hù)時(shí)出現(xiàn)，如果SSOFF端接于REF端，控制器為在任何條件下都是硬關(guān)斷。
    19PIN SR2同步整流驅(qū)動(dòng)器，控制同步整流器的柵輸出，源出峰值電流100mA漏入400mA。
    21PIN VCC起動(dòng)穩(wěn)壓器的輸出，起動(dòng)穩(wěn)壓器的輸出在內(nèi)部調(diào)節(jié)到9．5V，一旦二次側(cè)軟起動(dòng)達(dá)到1V，VCC輸出減到7．7V，如果輔助繞組將此端電壓上升到9．5V設(shè)置點(diǎn)以上，內(nèi)部起動(dòng)穩(wěn)壓器將關(guān)斷，以減小IC的功耗。
    22PIN PGND功率地與AGND直接連接。
    23PIN、20PIN LO1、LO2兩低邊輸出驅(qū)動(dòng)PWM柵驅(qū)動(dòng)輸出，驅(qū)動(dòng)能力為源出1．5A峰值、漏入2A峰值能力。
    24PIN SR1同步整流驅(qū)動(dòng)器，控制同步整流器的柵輸出，源出峰值電流100mA、漏入400mA。
    25PIN、18PIN BST1、2柵驅(qū)動(dòng)升壓點(diǎn)，將高邊柵驅(qū)動(dòng)升壓電容接于BST1、2和SW1、2之間，當(dāng)SW1、2為低電平時(shí)給升壓電容充電。
    26PIN、17PIN：HO1、2高邊輸出驅(qū)動(dòng)器，高邊PWM輸出能力為源出1．5A，漏入2A。
    27PIN、16PIN HS1、2開關(guān)結(jié)點(diǎn)，接到高邊MOSFET源極與低邊MOSFET漏極以及變壓器初級(jí)線圈處。
    28PIN Uin高壓輸入端，高壓起動(dòng)源輸入，工作范圍為14～100V。也可以與VCC連接直接由外部穩(wěn)壓器供電。

2 集成電路的特性
    (1)高壓起動(dòng)源
    LM5046包含一個(gè)內(nèi)部高壓起動(dòng)穩(wěn)壓器，它允許輸入端(Uin)直接接到外部電源電壓，可以從14～100V。瞬間可承受105V。當(dāng)UVLO端大于0．4V時(shí)VCC穩(wěn)壓器開始給VCC外部電容充電，VCC調(diào)整器供電給VREF基準(zhǔn)源及外部全橋功率MOSFET的柵驅(qū)動(dòng)供電。當(dāng)VCC端電壓超過(guò)UV欠壓閾值時(shí)，內(nèi)部基準(zhǔn)源達(dá)到5V，此時(shí)UVLO電壓將大于1．25V，軟起動(dòng)電容釋放，正常工作開始，VCC內(nèi)部穩(wěn)壓器輸出設(shè)有限制，VCC電容值取決于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及起動(dòng)充電，推薦VCC電容從0．47～10μF。
    LM5046的內(nèi)部功耗可以用外部供電來(lái)減小，VCC輸出電壓在IC內(nèi)部設(shè)置在9．5V，同步整流開始工作后，VCC電壓減小到7．7V，在典型應(yīng)用中，輔助源通過(guò)二極管接到VCC，這個(gè)輔助線圈必須將VCC升到8V以上，去關(guān)斷內(nèi)部的高壓起動(dòng)源，從輔助繞組給VCC供電，可以改善效率，減小控制IC的功耗，VCC、UV電路在此模式將停止功能，VCC決不能降到UV閾值以下，正常工作時(shí)，Uin到VCC不會(huì)正向偏置，因此輔助源電壓VCC決不能超過(guò)VIN電壓。
    一個(gè)外部DC偏置電壓可用來(lái)替代內(nèi)部穩(wěn)壓器，從外部接到’VCC和Uin兩端，外部偏置源電壓必須大于10V，低于14V。
    (2)線路欠壓檢測(cè)器
    LM5046有兩個(gè)UVLO的電平電路，當(dāng)UVLO電壓低于0．4V時(shí)，控制器處于低電流的關(guān)斷模式。當(dāng)UVLO端電壓大于0．4V，但低于1．25V時(shí)，控制器處于待機(jī)模式。待機(jī)時(shí)，VCC和REF偏置源激活，但控制器輸出驅(qū)動(dòng)被禁止。當(dāng)VCC和REF輸出超過(guò)欠壓閾值時(shí)，UVLO端電平大于1.25V。軟起動(dòng)電容釋放，正常工作開始，從Uin到GND的分壓器設(shè)置點(diǎn)電壓用來(lái)設(shè)置變換器最小工作電壓，分壓器設(shè)計(jì)必需使UVLO端電平大于1.25V。當(dāng)Uin進(jìn)入設(shè)計(jì)范圍時(shí)，UVL0窗口完成，由內(nèi)部20μA電流漏出進(jìn)入分壓器設(shè)置點(diǎn)，當(dāng)UVLO電壓降到1．25V閾值以下時(shí)，電流漏使能，使UVLO端迅速下降，其0．4V的窗口關(guān)斷，內(nèi)部50mV窗口的比較器。
    UVLO端還可以用來(lái)執(zhí)行各種遙控的使能及禁止功能，可強(qiáng)制UVLO處于待機(jī)條件(0．4V<UVLO<1．25V)，提供軟關(guān)斷功能。
    (3)過(guò)壓保護(hù)
    用一個(gè)外部電壓分壓器設(shè)置過(guò)壓或過(guò)熱保護(hù)。在OVP條件時(shí)，SS和SSSR電容放電，所有輸出被禁止，分壓器必須設(shè)計(jì)成應(yīng)對(duì)OVP時(shí)要大于1．25V。當(dāng)過(guò)壓或過(guò)熱條件出現(xiàn)時(shí)，窗口變化由內(nèi)部20μA電流源完成。當(dāng)OVP端超過(guò)1．25V時(shí)，20μA電流源激活，迅速升高OVP端電壓。當(dāng)OVP端電壓降到1．25V閾值以下時(shí)，電流源被禁止，使OVP端電壓迅速降下。
    (4)基準(zhǔn)電壓源
    REF端輸出5V，為線性穩(wěn)壓器，它用來(lái)偏置光耦的三極管及外部的管理電路，輸出電流為15mA，REF端需去耦瓷介電容，容值為0．1～10μF。
    (5)振蕩器及外同步輸入
    LM5046的振蕩器頻率設(shè)置用一支外部電阻接于RT和AGND之間。RT電阻將緊靠IC，設(shè)置頻率的電阻RT計(jì)算如下式：
   
    例如，振蕩頻率為400 kHz，對(duì)每一相為200 kHz，RT的值為25 kΩ，如果LM5046由外部時(shí)鐘同步，信號(hào)必須耦合到RT端要由100pF電容隔開，RT端電壓通常為2．0V，外同步脈沖的幅度應(yīng)在3.5～5V，由低到高電平的傳輸，同步脈沖的寬度為15～200ns。RT電阻永遠(yuǎn)需要，無(wú)論是自由振蕩還是外同步，SYNC頻率必須等于或大于RT設(shè)置的頻率。當(dāng)外同步時(shí)，推薦加入斜率補(bǔ)償，其系從VCC到CS端加入一支電阻，還要禁止SLOPE端接AGND。(未完待續(xù))