相位调制_软开关控制器ML4818_图文

1、器件应用相位调制/软开关控制器M L4818贾明军 段景汉 王鸿麟摘 要 相位调制变换器是一种新型零电压转换开关变换器。它比普通的PWM变换器有许多优点,如工作频率高、损耗小、体积小、重量轻等。采用相位调制控制器M L4818,可以使相位调制变换器电路更加简单,工作更加可靠。文章介绍了M L4818的内部结构、管脚功能和基本工作原理,还给出全桥相位调制型开关电源实际电路。关键词 相位调制 软开关 逐脉冲限流 相位调制型开关电源一、概 述M L4818用于控制全桥软开关变换器。与普通的PWM变换器不同,相位调制技术允许零电压开关转换和变压器方波驱动。该集成电路通过调制桥式变换器高端和低端的相位,

2、从而控制输出功率。M L4818可实现电流型控制,两个输出信号的延迟时间可通过外接元件调整,以实现零电压开关转换。该器件可完成逐脉冲限流、综合故障检测、软起动复位等功能。欠压封锁后,电压必须上升6V方能重新起动;起动电流很小,市电经整流后通过小功率降压电阻,可以直接加到器件的直流电源电压输入端,在变换器关断状态下,该器件具有很小的静态电流。采用M L4818BiCM O S相位调制器可实现高频(大于500kHz相位调制。M L4818中有4个大电流推拉输出驱动级。这些输出驱动级具有很高的转换速率和很小的交越导通时间。二、主要特点M L4818具有下列主要特点:1.控制全桥相位调制零电压开关变换

3、器且零电压转换时间可调;2.工作频率固定(500kHz;3.电流型控制;4.逐周限流、综合故障检测和重新起动延时;5.精密的5V基准电压(+1%;6.有4个峰值电流为1.5A的推拉输出驱动级;7.内部含有滞后电压为6V的欠压封锁电路;8.采用功率型双列直插(DIP封装,允许的功耗较大。三、方框图M L4818由相位调制器、误差放大器、振荡器、各种比较器和触发器、四路输出驱动器等部分组成,如图1所示。四、管脚排列及管脚功能M L4818采用24脚功率型DIP封装和24脚SOIC封装,两种封装的管脚排列如图2所示。各管脚功能如下:脚1、15、23(GN D:接地;脚2(C T:外接振荡器定时电容;

4、脚3(RA M P:相位调制比较器的同相输入端。为了实现电流型控制,该脚应接到电流取样电阻的一端;脚4(I LIM:限流取样脚,通常,该脚接到电流取样电阻的一端;脚5(E/A O U T:误差放大器输出和PWM比较器输入;脚6、7、18、19(GN D:接地和衬底;脚8(INV:误差放大器反相输入;脚9(SOFT ST ART:软起动,外接软起动电容器;脚10(SHU T DOW N:关断,该脚变为低电平时,所有输出均关断;脚11(R T:外接设定振荡器定时电容放电电流的电阻;脚12(R C RESET:外接综合故障检测和延时电路复位用的定时元件;脚13(CL OCK:振荡器输出;脚14(R

5、D ELAY:该脚到地之间应接入一只电阻,它决定从某一输出端关断到它的互补输出端导通之间的延迟时间;脚16(A2O UT:大电流推拉输出端A2;脚17(A1O UT:大电流推拉输出端A1;脚20(V CC:IC的正电源;脚21(B2OU T:大电流推拉输出端B2;脚22(B1OU T:大电流推拉输出端B1;脚24(V REF:5V基准电压缓冲输出。五、最大额定值M L4818的最大额定值如附表所列。图1 M L4818方框图图2 M L4818管脚排列图附表 ML4818的最大额定值名 称最大额定值单位输入电压(脚2030V输出电流(脚16、17、21、22(流入或流出模拟输入电压(脚2到脚5

6、,脚8到脚10、脚12-0.36V 时钟输出电流(脚11-5mA 误差放大器输出电流(脚55mA 软起动灌电流(脚950mA 振荡器充电电流(脚2-5mA 结温150 存贮温度-65+150 焊接温度(焊接时间10s+260热阻QJA(功率DIP塑封40 /W 工作温度范围0+70六、功能介绍(一相位调制器在图3所示的全桥变换器中,通过调制A边和B 边M O SF ET的开关相位,可以控制输出功率。输出功率通过变压器次级传输到负载。各部分的工作波形如图4所示。功率变换过程如下:1.M L4818的脚A2和脚B1输出高电平,Q1和Q2导通,功率变换过程开始。2.M L4818内的相位调制比较器翻

7、转后,M L4818的脚B1输出变为低电平,Q2关断,输入电源V IN对Q2和Q4的寄生漏源电容充电,该电容的端电压上升到V IN,从而使Q3的漏源极电压为零。 图3 相位调制变换器功率输出级简化电路图4 相位调制控制波形3.经过延迟时间t DELAY (该时间由接在脚14的R DELAY 决定后,输出端B2变为高电平。此时,由于Q 3两端电压为零,所以Q 3可实现零电压导通。4.时钟信号(CLOCK为高电平后,M L 4818的A 2输出变为低电平。在时钟信号为高电平这段时间内,M L 4818的A1、A2和B1输出均为低电平,因此Q 1、Q 2和Q 4均关断。Q 4的漏源电容通过变压器放电

8、,形成变压器的漏电流。Q 4的漏源电容放完电后,Q 4两端电压变为0V 。5.在延迟时间(t DELAY 内,M L 4818输出端A1维持低电平,延迟时间以后,输出端A 1变为高电平。此时,由于Q 4两端的电压为0V ,因此Q 4可实现零电压导通。6.上述过程重复进行,只是M L 4818所有输出端的电压极性相反。相位调制控制器M L 4818也可采用电流型控制。此时,负载电流取样信号应加到脚RA M P 。在M L4818的脚14应接入延时电阻R DELAY 。改变该电阻的阻值(该电阻值应大于1k ,可以改变延迟时间。延迟时间由下式计算:T DELAY =33 R DELAY +45(ns

9、式中,延时电阻R D ELAY 的单位为k 。M L 4818含有专门的逻辑电路以实现电压型正反馈,如图5所示。只有在传输功率期间,晶体管Q R 的集电极才为高电平。当功率传输周期结束后,M L 4818的脚RA M P 变为低电平。在电压型工作状态下,为了提供输入电压正反馈,M L 4818的脚RAM P 和接地脚之间应接入一只电容器,脚RAM P 到脚V I N 之间应接 入一只电阻。图5 电压正反馈电路(二振荡器M L 4818内的振荡器方框图如图6所示,频率由外接的C T 和R T 决定。电容C T 的充电电流I SET 等于5/R T 。当电容C T 值两端电压达到时,比较器改变工作

10、状态,电容C T放电,C T 两端电压降到下限值(RA M P 谷值,如图7所示。为了避免因C T 的容量低于额定值而产生误差,脚C T 电压被Q 1箝位在RAM P 的谷值电压,如图6 所示。图6 振荡器方框图图7 振荡器工作波形为了用时钟输出驱动外部同步电路,在脚CL OCK 和脚GN D 之间应接入一只反偏电阻。工作频率低于500kHz 时,振荡频率可由下式计算:f osc =10.52C T R T +500C T(三误差放大器M L4818中的误差放大器是一个带宽为2.5M Hz 转换速率为8.5V/ s 的运算放大器。为了实现软起动,误差放大器能够限制正输出电压的变化范围(输出抑制

11、线,误差放大器输出最大电流为4.5mA 。(四输出驱动级M L4818中含有4个高速大电流推拉输出驱动级,简化电路如图8所示,每个驱动级的峰值输出电流可达1.5A,能够驱动大功率M OSFET 等电容性负载。 图8 推拉输出驱动级简化电路(五限流、故障检测和软起动加在M L 4818脚I LIM 的电压与负载电流成正比,当脚I LIM 的电压达到1V 极限值时,限流比较器翻转,如图9所示,终止P WM 周期,从而限制输出电流,同时,触发器使电流源导通。该电流源对接在脚RC RESET 的电容C RST 充电,当C RST 两端电压上升到3.4V 时,软起动复位。 图9 过流、软起动和故障检测电

12、路当软起动复位后,M L4818的输出中断,并且软起动电容C SS 放电。同时,电容C RST R RS T 放电,在C RST 两端电压下降到1.3V 以前,输出仍保持中断,因此,可提供复位延时。当M L 4818再启动时,误差放大器输出电压被限制到脚SOFT ST A RT 的电压,因此可以限制占空比。(六欠压封锁欠压封锁和基准电源电路如图10所示。接通电源后,如果电源电压V CC 低于16V ,那么M L4818的工作电流非常小(通常为1.1mA,并且脚V R EF 没有基准电压。当电源电压高于16V 时,M L4818正常工作,脚V REF 输出5V 基准电压。直到V CC 下降到10

13、.2V 以前,M L4818均可保持正常工作。图10 欠压封锁和基准电源电路(七散热M L 4818采用功率DI P 封装。这种封装的特点是通过它的引脚可以散热,如图11所示。图11中,M L 4818中间的4个接地脚(脚6、7、18、19与印刷电路板上的敷铜片相连,可以散去大部分热量。增加敷铜片的面积,可以减小热阻Q JA ,增加M L 4818的驱动能力,此外外加散热器,也可以减小M L4818的热阻。图11 用印刷电路板上的敷铜片作散热器七、实际应用电路采用M L4818的200W 全桥相位调制型开关电源实际电路如图12所示。120V 或220V 交流市电经整流后,加入桥式变换器电路,从

14、高压输入端到M L 4818的脚3之间,接有电压正反馈电阻。输出电流通过电流互感器T 4取样后,加到M L4818的脚4,实现电流控制。由于该电源采用零电压开关技术,开关损耗大大减小,效率较高。该电源工作频率较高,因此体积和重量也大大减小。该电源的主要技术参数如下:输入电压范围: 90260V 输出电压: 15V 输出电流: 13A 输出功率: 200W 开关频率: 250kHz 效率(V IN =120V ,P OUT =200W:85%应当说明,该电路只要作一些简单变更,即可改变输出电压和功率,以适应各种不同的要求。 图12 200W 全桥相位调制型开关电源实际电路我公司可为用户设计、加工二次集成电路。二次集成电路可将普通各种集成电路、电阻、电容、电感、脉冲变压器、磁芯等用先进的封装技术制作为用户独有的单片模块