准谐振PWM控制器NCP1207在40-100W电源适配器上的应用

准谐振PWM控制器NCP1207在40-100W电源适配器上的应用.准谐振模式PWM控制器NCP1207的特点.动态自供给(DSS)..电流模式控制..临界模式,准谐振工作原理..过负载保护,过电压保护.依据负载的不同,开关脉冲序列ON/OFF时间不同..如何设计电路中主要器件的参数..开关频率的确定..开关变压器参数的设计..其它参数的设计..实际应用中的效率曲线与开关波形.

安森美的NCP1207是一款专著于反激、电流模、准谐振模式PWM控制器。由NCP1207构成的离线式功率变换器用于消费电子产品是一不错的选择。如用在笔记本电脑电源适配器、离线式电池充电器、DVD电源供应器、机顶盒电源等。同时,由于NCP1207工作在准谐振模式,用于消费类小功率电子产品的电源中，电源的电磁骚扰明显减小，电源在轻载时效率可高于是70%，同时它还可以用于反激式同步整流，更进一步提高电源的较率。NCP1207是一个8PIN封装PWMIC，各脚的功能如图式。动态自供给(DSS):传统开关控制器必须在高电压直流导线与其芯片Vcc之间连接一个电阻，以用于启动。NCP1207的高电压引脚可以直接连通到高电压导线上，不但确保了正确、无损耗的启动序列，而且可以不依赖辅助绕组而工作。在二次重构方式待机时，DSS维持了NCP1207的Vcc供给，从保证了DVD,电视机等在待机状态下,机器内的MCU的正常工作电压。电流模式控制.每个开关周期的电流检测,以帮助我们防止开关变压器的初级过电流引起开关变压器的铁芯饱和而产生的电源供应器不良.临界模式,准谐振工作.所谓临界是指由NCP1207构成的电源变换器在任何输入,输出条件下,电源变换器都不会进入电流连续模式.它的实现是通过辅助绕组来检测过零电压,这样确保开关变压器的磁芯完全复位.通过附加响应延迟电路,再重新开启MOSFET,此时MOSFET是在最小电压下开通,称此种开关方式为准谐振工作.在这种工作方式中,因MOSFE是在最小电压下开通,在小功率应用中减小了开关损耗的同时也减小了电磁骚扰.

过电压保护通过设定和调整辅助绕组的感应电压与NCP1207PIN1脚上的设定电压7.2V比较.如果辅助绕组上感应的电压超过7.2V.则NCP1207进入过电压锁定状态.同时NCP1207PIN6

引脚的电压由VCC电压降至4.0V.只有使用者重新拔下和插入主电源插座电源才能重新启动.

过负载保护通过不断的监测反馈环节的电压情况来确定输出电压是否出现过载.具体原理如下.如有输出发生过载情况.必然将引起输出电压下降.反馈环节开路后使NCP1207FB引脚电压上升，触发NCP1207P进入所谓的HICUP

模式.NCP1207在此种模式下,如果故障消失.电源能重新进入正常工作模式.依据负载的不同,开关脉冲序列ON/OFF时间不同.以下是用NCP1207为PWM控制芯片制作的70WAC/DC

准谐模式的功率变换器为例来说主要器件的设计方法.功率变换器有以下额定参数:输出功率：

72W输出电压一：24VDC+/-2%

输出电压二： 12VDC+/-5%输出电流一:2.4A

输出电流二： 1.2A最小输入电压： 100VAC最大输入电压：264VAC最小开关频率： 70kHz功率变换器电原理图如图一所示:电路原理描述:

主电路工作过程AC100V-264V电压经VAR1防雷击保护、R2防电流浪涌、C2L2防传导骚扰后，连结至整流器BD1。经BD1整流和C3滤波后得到脉动的直流高压电压，此直流高压直接连结至NCP1207P的8脚。通过NCP1207P（IC1A）内部的高压恒流源穿过NCP1207P6脚向C13充电。充电电流为8mA。当6脚电压上升至12V时，NCP12075脚开始有开关脉冲输出。高压直流电压通过变压器T101的初级绕组、M1、7RA7RB7RC到电源的地端。此时T101通过初级绕组存储能量。利用变压器的同名端作用。这时的次级线圈整流管因反向电压而截止。只有当M1关断，初级绕组电流有减小趋势时、此时T101初级绕组存储的能量通过T101的次级绕组、次级整流管D7D1向电容C5C6C7C14充电与负载供电。输出电压控制环节输出电压控制环由R14R12R15R10R117RA7RC7RBR6C8R1C9IC2IC3IC1A（NCP1207P）组成。R14R12R15为24V电压取样电路，当24V电压有升高趋势时。R15上电压上升。IC2为基准电源、取样信号放大电路。放大后的信号出驱动IC3，使NCP12072脚电压下降。通过NCP1207内部PWM比较器。IC1A5脚输出为低电压使T101初级绕组存储能量减小，次级线圈电压下降而使24V电压下降。当24V电压有下降趋势时。此时电路的工作方式侧反之。R10为IC3的限流电阻、R11为防止IC2进入死区、C8C9R1是为了提高反馈环的响应速度。7RA7RB7RC有两个作用。第一:正常工作时，7RA7RB7RC上产生的电压通过R6连结至NCP12073脚。参与NCP1207内部PWM的控制（实际是电流控制环）。第二:当7RA7RB7RC上产生的电压超过1V的电压时，通过R6连结至NCP12073脚触发NCP1207内部过电流保护。立即使NCP12075脚输出低电平。有效的保护电路的功率器件。R6还具有在MOSFET开通瞬时,抑制峰值电流的作用.实现方法是由于NCP1207在关断时,内部有一200uA的电流通过NCP12073脚R6R7AR7BR7C到电源公共端.这样在R6的两产生0.2V的压降，此电压与M1开通时7RA7RC7RB感应电压叠加。有效的抑制开通时的峰值电流。

最大Ton时间的限制由于NCP1207P是工作在变频模式。随着AC输入电压的降低Ton时间变大。使因开关电源的变压器饱和，而损坏M1和NCP1207P。

NCP1207的工作模式NCP1207共有四种工作模式。过电压锁定模式。电路的实现是通过T101的辅助绕组感应的电压，经R8R5分压后送至IC1A的脚。当分压点电压超过7。2V时。NCP1207立即停止开关脉冲电压输出。同时NCP1207PIN6引脚的电压由VCC电压降至4.0V.只有使用者重新拔下和插入主电源插座电源才能重新启动.另外三种工作模式取决于功率变换器的输出功率。当输出功率为设计功率的1/3，此时R7AR7BR6C的电压在0。3V以下时。NCP1207进入脉冲串工作模式。使开关电源的效率在轻载时变高。达到节能的目的。当输出功率大于1/3的设计功率，NCP1207进入正常工作模式。当输出功率大于的设计功率。NCP1207进入较长周期的停止，短暂的启动模式。主要器件的计算:变压器的计算：

设计功率变换器的输出功率72Watts.假设功率变换器的输出功率为80%，输入功率为：最小输入电压情况下的平均输入电流：选用耐压为600V的MOSEFT。采用无源RＣ箝位电路。采用反激式开关模式时，最大的占空比为：变压器初级绕组的峰值电流为:最低输入电压时,功率转换器的开关频率为最低设定70KHZ.最大导通时间为:

我们使用国产(TDG)铁氧体EER28C,Ae=85.8mmBmax=0.36T实际选用Bmax=0.2T.变压器初级绕组圈数为:(实际为56圈)初级电感量为:(实际值为:400uH)变压器铁芯电感系数AL:

24VDC输出绕组的圈数为:12VDC输出绕组的圈数为:系数1.3是为了保证当主绕组为轻载时,而12V绕组输出为1.2A时,输出电不低于11V.辅助绕组圈数为:变压器的绕制和线径如下:

三

线圈规格:

端子号

使用线规

圈数

绕制方法

12～10

2UEW-φ0.40×2

38

双线并绕

11～8

2UEW-φ0.40×1

8

均匀散绕

6～1

2UEW-φ0.45×3

12

三线并绕

4～3

2UEW-φ0.40×3

8

三线并绕

10～7

2UEW-φ0.40×2

18

双线并绕

线圈结构图:

初级线圈电流控制:初级线圈电流控制由电流取样电阻R7AR7BR7C.开关电流缓冲电阻R6NCP12073脚组成.NCP12073脚为CS(currentsense).最大门限电压为1V.所以电流取样电阻的电阻值为:在实际的应用中我们分别用R7AR7BR7C三个1R的电阻并联使用.

开关电流缓冲电阻R6的计算:当NCP12075脚为低电平时,NCP12073脚向外输出勤200uA的电流.这个电流在流过R6,R7A/R7B/R7C时产生电压.此电压与在M1导通瞬间初级电流感应(R7A/B/C)叠加.以减小开关电流开通瞬间的峰值.一般设定为0.2V.所以R6的值为:开关变压器的磁复位检测与过压保护开关变压器的磁复位检测由辅助绕组R8NCP12071脚组成.辅助绕组的过零点电压通过R8直接通连结至NCP12071脚.通过内部的过零电路为NCP1207下一周期开通产生必要条件.同时R8还有限制流入NCP12071脚的电流作用.NCP12071脚的另一个作用是过电压保护.NCP1207过电压保护的基准电压为7.2V.当辅助绕组检测到的电压通过R8与NCP12071脚内接通到地电阻分压.分压点的电压超过7.2V时.NCP12075脚立即停止开关脉冲输出.同时NCP1207PIN6引脚的电压由VCC电压降至4.0V.只有使用者重新拔下和插入主电源插座电源才能重新启动.R8的阻值为:C5主要是开关电压尖峰的吸收,其值的大小可在实际中确定.一般为:470—1000P.

反馈环的计算:反馈环是基于次级24VDC输出电压的调整.选取24VDC为调整电压原因为:24VDC的输出功率占全部输出阻抗功率的80%.另外24V要求精度高.IC2TL431内部有一个2.5V的参考点电压.24VDC通过R14R15R12分压后,将R15上的电压直接连结至TL431的参考引脚.R15的阻值设定为:5.6K.R14+R12的值由下式计算:由R14=38KR12=10K串联.R11电阻是为了满足TL431工作时的最小电流值大于1mA..设定值为R11=4.7K.R10是为限制光耦流过的电流小于10mA.设定值为R10=2.4K.C8R1C9是要目的是为了提高反馈环的响应速度.其值一般由电路中调试确定.这里的取值为C8=10NFC9=100NFR1=4.7K.开关变压器的初级绕组电压尖峰吸收回路.开关变压器的初级绕组电压尖峰吸收回路