PWM开关调整器及其应用电路(pdf6).pdfVIP

PWM开关调整器及其应用电路 山东省临沂市电子工业局   毛兴武 中航技国际工贸公司   祝大卫 摘    要：PWM开关调整器在单片或同一封装中，含有控制电路和高压功率开关MOSFET。本文重点介绍PWM开 关调整器的典型应用电路。 关键词：PWM与功率MOSFET组合调整器应用电路 一、概述 进入20世纪90年代以来，全球开关型电源（SMPS）的年产量突破了10亿台。在SMPS中，200W以下的中、 低功率产品占90％左右。 小型化、模块化、轻量化、绿色化、高效率和高可靠性，是新型SMPS的主要特征。SMPS的设计涉及到电 气工程的许多方面，诸如EMC、PFC、热学、尺寸、重量、成本和可靠性等。微电子技术日新月异的发展，为 工程技术人员简化SMPS的设计提供了有效手段。近几年来，世界一些著名的半导体制造商，竞相推出PWM开 关调整器，除较大的电容和磁性元件外将各种功能的器件都集成到单片IC中或将功能完善、性能先进的PWM 控制器与高压开关MOSFET封装在一起，从而有效地减少了SMPS设计工作量，使线路更加简单紧凑，大大地提 高了SMPS的可靠性和性能价格比。 二、主要特征及优点 不论是哪一个公司生产的，也不论是什么型号的PWM开关调整器，尽管其内部结构和电气特性不同，但都 具有以下几方面的特征和优点： 1　集PWM控制器与高压功率开关（MOSFET）于一体，引脚数量大为减少。 在PWM开关调整器内部结构组成上，分两种类型：一种是功率低一些的产品，其PWM控制器和功率MOSFET集 成在同一个芯片上;另一种则是将PWM控制器与MOSFET通过隔离置于同一封装中。PWM开关调整器的引脚一般 仅为3～5个，有的虽然采用8脚或16脚封装，但其中有些引脚悬空或接地，从而使SMPS的印刷电路板（PCB） 设计简化，面积减小。 例如某公司生产的智能电源开关（SmartPowerSwitch，缩写为SPS）其内部结构如图1所示。SPS内装有性 能先进的PWM控制器和带有电流检测功能的开关MOSFET（SENSFET），3A／800V的器件采用4脚TO－220F封 装，6A、8A／800V的采用5脚TO－3P封装，10A／800V的采用5脚TO－3PL封装。      （a）五脚封装的SPS  （b）SPS由MOSFET管芯和PWM IC封装而成 图1   开关电源PWM开关调整器结构组成示图 2　将PWM控制器和功率MOSFET的外围元件尽可能地集成到PWM开关调整器中，使周围元件至少减少50％～ 70％。从而大大地减小了PCB的尺寸和SMPS的成本。 图2为PWM开关调整器节省外围元件的示意图。图2(a)示出的是SPS将MOSFET的栅极驱动网络（Ron和Roff与 高速开关二极管1N4148组成加速电路）及800V的功率MOSFET源极电流检测电阻RS均集成到控制IC上。图2(b) 显示出SPS可以节省MOSFET栅极钳位齐纳二极管，并使栅极驱动电流独立于工作电源VCC之外，在开关损耗与 EMI之间实现了最优化折衷和比较理想的栅极驱动。SPS前沿消隐（LEB）电路可以省略外部低通滤波器元件 （Rr、Cr），并使开通时间最小化，不会引起电流检测失真，如图2 （c）所示。大多数PWM都可以省略振荡器定时元件，如图2(d)所示。像TOPSwitch，集PWM控制器和MOSFET于 一体的PWM开关调整器，还可以节省PWMIC的一个电源（Vcc）、电路中的起动电阻、辅助绕组及整流二极管 和滤波电容等元件，如图2(e)所示。 此外，多数PWM开关调整器还将软起动等元件集成化。 3　完善的保护功能，大大提高了SMPS的可靠性。 所有PWM开关调整器，都采用电流模式控制，具有完善的保护功能，诸如：输入欠压保护；过载保护；过 电压保护，过热保护等。 4　起动电流小，在待机状态下实现了低功耗。多数PWM开关的起动电流仅数百µA，在猝发模式工作时，系统 总功耗低于1W。 5　除部分TOPSwitch－I系列IC只适用于100Vac（日本）和115Vac(美国)外，其它PWM开关调整器能使SMPS的 AC输入电压范围在85～265