UPC1099集成电路性能与应用

1、UPC1099集成电路性能与应用        摘要：介绍一种脉宽调制集成电路UPC1099。详细讨论了其内部结构，引脚排列，给出了它的参数限制和在75W直流变换器中的应用技术。 关键词：直流变换器；脉宽调制；集成电路 1  引言     目前国内通信系统中使用的直流变换器以75W半砖型的5V输出最为普遍。它以体积小、散热方便、纹波低、转换效率比较高而得到众多通信设备厂家的认同。这里介绍一种用UPC1099脉宽调制集成电路组成的75W半砖型直流变换电路模块。它的集成电路性能优

2、于其他公司的脉宽调制器。其外围元件少、控制灵活、保护功能齐全、性能可靠、应用方便，是75W直流变换器最佳选择方案。 2  UPC1099集成电路内部方框图和引脚功能     引脚及内部方框图如图1所示，该电路为16引脚集成电路，各引脚功能如下： 图1  UPC1099方框图     脚1为死区时间控制，通过对它的控制可实现软启动功能。     脚2、3为反馈端，用以稳定输出电压。     脚4、5为误差放大器的正负输入端，使用它可以控制电流在给定的范围内。

3、     脚6为信号地。     脚7为过电流关闭端子。     脚8为输出管发射极。     脚9为输出端。     脚10为集电极，一般脚8接地，脚10接集成电路电源。     脚11为集成电路电源端。     脚12为过压关闭端，当输入或输出过压时可控制它闭锁输出，如果需要恢复输出必须使脚12的电压降到2V以下，并且电源重新启动一次。     脚13为

4、通断控制，用它可实现直流变换的远程遥控。     脚14为电压基准，可供外电路作为参考电压。     脚15、16为振荡频率控制，分别由RT、CT决定。一般CT取100pF1500pF、RT取3k51k，其振荡频率控制在50kHz500kHz内。对于75W变换器中控制     在450kHz500kHz之间，以降低变压器的尺寸和输出电容的容量。 3  UPC1099的极限值和主要性能指标     1）极限值（Ta=25）     入电压

5、和输出电压26V     输出最大电流1.2A     功耗1000mW     工作温度2085     贮存温度55150     2）封装形式     UPC1099CX为普通型（DIP）双列直插式（引脚间距2.54）     UPC1099GS为扁平型（FLAT）宽体表贴式（引脚间距1.27）     3）UPC1099主要电性能  

6、60;  主要电性能如表1所示。 表1  UPC1099主要电性能指标 参数 测试条件 最小值 典型值 最大值 符号 单位 整体性能 IC电压 11.5 15 24 VCC V 待机电流 VCC=8V,10Ta85 0.05 0.1 0.2 ICC mA 工作电流 VCC=24V,VD=2.7V无负载 10 15 ICC mA 基准电压部分 输出电压 IREF=0 4.8 5 5.2 VREF V 输入稳定度 11.5VVCC20V,IREF=0 1 10 REGIN mV 负载稳定度 0IREF3mA 6.5 12 REGL mV 温度变化 IREF=0,10Ta85 4

7、00 700 VREF/T V/ 输出短路电流 VREF=0 13 Ishot mA 振荡部分 最高频率 200 500 fmax kHz 最低频率 50 fmin kHz PWM比较器 输入偏压电流 VD=0.54VREF10Ta85 10 IB A 截止电压（低） 1.5 VTH(L) V 截止电压（高） 3.5 VTH(H) V 死区与温度变化 3 DT/T 过电压关闭 过电压检测点 10Ta85OVL端子电压=VIN(OVL) 2.0 2.4 2.8 VTH(OVL) V 输入偏压电流 4 IB A OVL解除电压 2 VR(OVL) V 检测延迟时间 750 TL(OVL) ns 过

8、电流关闭 过流检测电压（） 10Ta85 200 220 240 VTH(OCL) mV 过流检测电压（) 230 210 190 VTH(OCL) mV OCL端子输出电流 250 IS(OCL) A 检测延迟时间 150 TL(OCL) ns 4  应用电路     UPC1099的应用电路很广泛，下面以正激变换器电路为例作一介绍。电路如图2所示。输入电压Vs=3672V，输出电压Vo=5V，输出电流Io=015A。 图2  75W直流变换器电原理图     图中R1、Q1、R2、Q2、C2、C3、R4为启动开

9、关控制电路，同时Q1可防止启动浪涌电流，由于Q1导通电阻很小，其功耗优于晶闸管和晶体管。Co、L1、C1组成EMI电路，防止变换器对电网干扰。R1、R5、R6、D2、D3、C5、C6、Q3是IC1启动工作电路。在电路通电后，D2稳压管给出15V电压，由R6、Q3、C5给UPC1099供电，使变换器输出。此时P2线圈通过D3、C6供给IC1所需的大电流。同时IC1的供电电压是固定的。这样其工作的波纹很平稳，输出噪声很小。C10、R15设定工作频率。脉冲信号通过R7、R8控制Q4振荡工作，经P1至S1副边电压整流滤波输出。双肖特基二极管D4作为副边绕组S1的整流二极管。L2为贮能滤波电感。C12、

10、R17组成滤波器，其中C12为片式特质高分子铝电解电容，它的高频特性相当好，优于多层超陶电容和片式钽电容，400kHz下损耗电阻仅为0.09。输出5V电压经R26、R27取样与IC2比较通过IC3电压控制电路反馈电压加在误差放大器输入脚2，控制脉宽平稳输出。R11、R12、C8作为死区时间设定，C8也是软启动电容。过电流由串接在Q4源极电阻R9检测，信号经限流电阻R10加到IC1过流端脚7进行保护。     下面按特色功能作一介绍。     1）内部抗干扰吸收网络     图2电路中有多处吸收网络以使整个

11、电路功耗降低，噪声干扰小，避免电路自激。R17、C12为变压器原边P1的吸收网络，减小对MOS管反压过冲和开关功耗。R19、R20、C14、C15为变压器副边S1的吸收网络，减小肖特基二极管的冲击和修整波形，使输出噪声降低。R23、C18、R25、C19为吸收补偿网络使反馈相位更易同步，减小自激。R18、C13为输入输出间吸收网络，可降低输出噪声。Co、L1、C1为EMI电路。     2）平滑防振网络     平滑防振网络主要是保证工作状态下性能稳定。C1、C4为输入滤波平滑电容。C2、C3为启动开关滤波电容及启动延迟。C5、C6、

12、C9为IC1的电源滤波和基准电压滤波。C7、C11对于过压过流起平滑作用。R22防止输出过载时IC2电流过小的偏置网络。R32同理。R28、R29防止空载时自激振荡。R24、D5为启动抗冲击保护电路。     3）保护电路     IC1的脚7为过电流关闭端，当电压达到200mV时，MOS管Q4就会逐渐关断。一旦关断，则脚7电压降到0V。     IC1的脚12为过电压关闭端，输出过压经R30、R31取样与IC4比较放大通过IC5反馈至脚12上，使电流经R16升压，当电压为2.4V时，脚9停止输出，电压马

13、上下降。如果要解除过压关闭则电压必须降至2V以下，而且电源要重新启动（ON/OFF）一次。     4）振荡电路     振荡频率由脚15、16接的R15、C10决定。R15、C10对频率的影响如图3所示。 图3  CT、RT与振荡频率fo的关系     5）线路动态原理设计     （1）浪涌电流的防止     浪涌电流的防止电路由R1、R2、R3、Q1、C2、C3、Q2组成。利用R1对启动电流抑制。R1使48V输入电压的最大启动电流

14、只有4.8A。当C2充电后Q1导通短路R1完成启动。ON/OFF控制端接高电位或悬空为ON，当接低电位（48V）时即关断变换器。     （2）工作电路的启动及参数的选择     变换器启动电路包括R5、R6、D2、Q3、D3、C5、C6，其中D3、C6只有在启动后作供电用，启动时并不起作用。     当接通电源后，Vs经由R6、Q3向C5充电。在C5的电压没有达到IC1动作电压之前，会有小量的待机电流（ICC）通过UPC1099，大小为0.2mA左右。C5为10F左右，Vs=48V时，只要0.5s时间就

15、能升到11.5V。电流值为：     i=uc5·C5/t=0.23mA(1)     该电流应在待机电流以上，到达5mA时IC1动作。由此选择R6为     R6<（2） 式中：Vin(min)为输入最小电压36V；       Vcc为IC1动作开始电压11.5V。     则R6<=56.98k     当IC1开始动作，消耗电流为15mA。此时电压持续上升至14.3V

16、，D2导通，使IC1稳定工作，正常工作电流由辅助线圈P2、D3、C6提供，在选择上注意IC1元件的离散性。     （3）IC1软启动功能的实现     为了限制启动电流，必须使ton时间慢慢增加，toff时间逐渐减小，也就是说，导通占空比逐渐增加。同时启动时toff要在某一确定值，即死区时间（Deadtime）之上。IC1的脚1可决定toff的大小，从表1中可知当脚1电压在3.5V以上时toff=100Ts；2.5V时toff=50Ts；1.5V时toff=0Ts。图2中5V参考电压（脚14）经R11、R12分压供给脚1。R11与C

17、8并联，随着C8电容充电逐渐升高，脚1电压逐渐下降，完成软启动过程。经理论计算和实验确定R11为18k，R12为16k，C8为0.2F。     （4）过电流值的设计     过电流信号由R9上获得，该信号经R10、C7平滑送至过电流关闭端脚7。R10×C7的乘积反映了动作的快慢，选择要适当。由于源极电流的峰值与副边输出电流成正比，也和R9上的电压成正比，既电流保护曲线为递减形。以保护电压为0.22V及R9为0.045时，匝数比为8/2，且效率为81为例：副边的最大输出电流     Imax=&

18、#215;×0.81=15.84A（3）     （5）过电压保护     输出过压保护环节由R16、C11、R30、R31、R32、R33和IC4、IC5等元器件组成。其保护设定由R30、R31取样调定。按一般公式计算为Vomax=2.5×（1）。如果要调整则在IC4的基准端并联可调电位器来改变过压保护点     （6）稳压控制原理设计     稳定电压由PWM及反馈电压所组成的环路来保证。在启动后，脚9输出脉冲宽度随脚2反馈的电压作微小的同步快速调整。

19、如果输出电压Vo上升，并联调整器IC2的参考电压上升，IC2的阴极电流加大，光耦IC3反馈，使集电极电流增大，电阻R14上的电压上升，即脚2电位提高，使脉冲宽度变窄把输出电压Vo调回到变化之前的位置上。其计算公式为：     Vo=×D×Vs（4） 式中：Vo为输出电压（V）；       np，ns为原，副边匝数；       D为占空比；       Vs为输入电压。 5  75W直

20、流变换器性能及尺寸     1）主要电性能     主要电性能见表2。 表2  5V75W直流变换器电性能（Ta=25） 参数 测试条件 最小值 典型值 最大值 符号 单位 输出电源设定精度 Vs=48V,Io=15A 4.95 5.05 Vo V 源效应 Vs=3672V,Io=15A 0.2 SV 负载效应 Vs=48V,Io=0.515A 0.5 SI 温度系数 Vs=48V,Io=15A ±0.05 ST / 输出过压保护 关断型 110 120 过流保护 Vo=48V，自启动 120 150 开关频率 450 500 fo kHz 工作壳温范围 底板壳温 40 100 Ta 贮存壳温范围 底板壳温 40 125 T 纹波噪声 100MHz示波器 50 Vopp mV 效率 Vo=48V,Io=15A 81 输入输出绝缘电阻 10 RIO M 遥控关断 逻辑低 接输入低电平 模块“高” 逻辑高 悬空或