新穎電壓型有源箝位正激控制IC-LM5027

摘要：文中詳細介紹了電壓型有源箝位正激控制IC-LM5027的特點、引腳功能、工作原理及應用電路。LM5027包含了很多新技術特色，除基本的有源箝位正激電路的常規功能之外，還增加了三個輸出信號之間的埋單延遲調節，從而能更好地實現低EMI和高效率的功率變換。
關鍵詞：LM5027；脈寬調制；電壓前饋；打呃

LM5027脈寬調制器的主要特點有：電壓型控制，加入電壓前饋功能；內部105V的高壓啟動源；可調節的欠壓關鎖；兩種模式的過流保護方法；可調節的伏秒積限制；可調節的軟起動時間；可調節的同步整流器驅動的起動和停止；精準的0．5V過流比較器；電流檢測功能加入前沿消隱；可調的兩輸出之間的延遲時間，以達到ZVS開關。
LM5027的基本應用電路如圖1所示。

1 引腳功能介紹
LM5027的20個引腳功能如下：
1 PIN VIN：高壓起動源輸入，輸入工作電壓范圍為13～90V，最大耐壓為105V，LM5007也可以從VCC直接給外偏置源。
2 PIN RAMP：電壓前饋調制端，外部從VIN接一RC電路，設置PWM斜波斜率，在每個周期結束時放電，如果此端電壓超過2．5V，即限制最大伏秒積到變壓器初級。
3 PIN TIME3：延遲調節，外部接一個電阻，設置主箝位輸出的重迭延遲，RTIME3電阻接于此端到AGND，設置OUTA關斷到OUTB開啟的脈沖延遲。
4 PIN TIME2：延遲調節2，外部接一支電阻設置OUTSR輸出的重迭延遲，RTIME2接于此端到AGND，設置OUTA關斷到OUTSR開啟的脈沖延遲。
5 PIN TIME1：延遲調節1，外部接一支電阻設置箝位輸出的重迭延遲，RTME1電阻接于此端到AGND，設置OUTB和OUTSR關斷到OUTA開啟之間的重迭延遲。
6 PIN AGND：IC的模擬地，直接接到PGND。
7 PIN RT：振蕩頻率設置及外同步輸入，通常內部放大器偏置在2V處，外部接一電阻到AGND，設置振蕩頻率，外部送入高于內部振蕩器頻率時即同步到外部頻率。
8 PIN COMP：接到脈沖寬度調制器處，外部反饋光耦，直接接在此端，經內部NPN電流鏡源入電流，PWM占空比在零輸入電流時最大，在1mA電流送入時占空比為0，電流鏡可以改善頻率響應．它減少了光耦中光電三極管的AC電壓。
9 PIN REF：輸出5V的基準電壓源，最大可供出10mA電流，外接0．1μF電容旁路去耦。
10 PIN OUTB：輸出驅動器，外部驅動箝位MOSFET(P型)的柵，源出漏入電流能力為1A。
11 PIN OUTA：輸出驅動器，外部驅動功率MOSFET (N型)的柵，源出漏入能力為2A。
12 PIN OUTSR：控制二次惻同步整流的MOSFET的柵，源出漏入電流能力為3A。
13 PIN VCC：IC起動穩壓器的輸出，即內部高壓起動源的輸出，起動時為9．5V，正常運行時為7．5V，如果外接輔助繞組整流的電壓要略高于此電壓，此時內部高壓起動源將關閉，以減小IC功耗。
15 PIN CS：電流檢測輸入端，在IC內作逐個周期式限流，如果CS端電壓超過500mV，IC輸出驅動將終止，進入逐個周期式限流模式，在CS端電壓降下后100ns主輸出OUTA開關變為高電平，消隱前沿。
16 PIN SS：軟起動輸入，內部一個20μA電流源給此端外部軟啟動電容充電，設置軟啟動速率。
17 PIN RES：重新啟動時段。如果逐個周期式限流電平在任何一個周期中達到，一個22μA電流源流進RES電容，如果RES電容電壓充電到1.0V，就開始打嗝模式，SS和SSSR電容即放電，控制器輸出終止RES電容上的電壓在4V和2V之間抖動八次，第八次之后SS端電容被釋放，開始正常的啟動順序。
18 PIN SSSR：同步整流器輸出的軟起動。一支外部電容和內部25μA電流源來設置同步整流器輸出(OUTSR)的軟起動斜波。
19 PIN OTP：過熱保護。OTP比較器用于過熱關斷保護，外部接一個NTC熱敏電阻分壓器來設置關斷溫度。OTP比較器閾值為1．25V。窗口當OTP端電壓超出閾值時，由內部電流源20μA流入外部電阻分壓器。
20 PIN UVLO：路線欠壓鎖定，外部從VIN處接一個電阻分壓器來設置關斷點及待機比較器的電平，VCC和REF兩個穩壓器在UVLO達到0．4V時關斷，而UVLO為2V時，SS端被釋放，器件重新工作。窗口由內部電流源(20μA)和外部分壓器電阻設置。
2 內部結構及功能
2．1 高壓起動源
LM5027 IC內部有一個高壓起動穩壓器。它的VIN端可以直接接到線路輸入電壓(100V)穩壓器輸出電流限制在55mA，當UVLO端電壓超過0.4V時。VCC穩壓器使能，接到VCC外部的電容充電，VCC穩壓器再提供能量給電壓基準REF及三個柵驅動輸出。當VCC電壓達到9.5V時。控制器的輸出使能，內部基準達到5V穩壓點。UVLO端電壓大于2V。OTP電壓大于1.25V，輸出驅動進入正常運轉，除非UVLO低于2V。OTP端降到1.25V以下。VCC電容值取決于系統設計和啟動特性，標準值為0．1～100μF。在典型應用中變壓器輔助繞組必須能經過二極管到VCC的電壓達到2．5～7．5V。經過輔助繞組供電可以改善效率，減少控制IC的功耗。此時高壓起動源關斷，如果直接使用外部供電源可以將VIN和VCC接在一起。
2．2 線路欠壓檢測器
LM5027有兩個電平檢測的UVLO電路。當UVLO大于0．4．V，但還低于2V時，控制器處于待機模式。此時VCC和REF兩個穩壓器激活，但控制器的輸出還被禁止。這個特點使LM5007用于遙控功能。令UVLO低于2V時，LM5027進入軟關斷程序。0．4V的關斷比較器有100mV的窗口。當VCC和REF輸出超過其給定的欠壓閾值。UVLO端電壓也大于2V。OTP端電壓大于1．25V時，控制器輸出使能。進入正常工作。外部電阻分壓器從VIN接到GND，可以用來設定最小工作電壓。此時的UVLO必須大于2．0V。如果此值滿足，則三個輸出都被禁止。UVL0的窗口由內部20μA電流源決定。
2．3 逐個周期式限流
CS端由變壓器初級電流的代表信號驅動。如果CS端電壓超過0．5V。電流檢測比較器就會終止三個輸出驅動脈沖。占空比取決于該比較器，替代了PWM比較器用一個小RC濾波器接到CS端以抑制噪聲。內部5Ω的MOSFET在每個周期結束時，會放掉CS外部電容上的電荷。在OUTA驅動器開關為高電平的30ns之前。放電MOSFET的內部處于導通狀態。以消隱電流檢測電路的前沿瞬態。在每個周期中，CS端放電，消隱前沿尖峰可以減小對濾波的需要，并改善電流檢測的響應時間。電流檢測比較器動作非常快。并在噪聲脈沖期間迅速響應。
2．4 重新起動時間延遲(打嗝模式)
LM5027提供一個限流重新起動時段去禁止輸出。并強制其延遲重新起動，如果重復檢測到了限流條件，將有數個逐個周期式限限流動作，此時去觸發重新起動，其采用在RES端放一個電容來實現，在每個PWM周期內，LM5027從RES端或者源出或者漏入電流，如果沒有限流條件檢出。漏入5μA電流將RES端電平拉到GND。如果檢出限流條件，則禁止此5μA漏入電流，而是源出22μA電流使RES端電壓大幅增加。如果RES端電壓達到1V閾值，就出現下面的重新起動過程：
◇SS和SSSR電容全部放電。
◇RES 20μA電流源關斷，5μA電流源開啟。
◇RES端電壓允許充到4V。
◇當RES端電壓達到4V時，5μA電流源關斷，5μA電流漏開啟。RES端電容電壓下降到2V。
◇RES電容電壓在2V和4V之間往返八次。
◇當次數到八次時，RES端電壓拉下，軟起動電容被釋放，開始軟起動程序。SS電容電壓慢慢增加，當SS端電壓達到1V時，PWM比較器將產生第一個窄脈沖在OUTA處。
◇當SS端電壓達到4．0V時，SSSR端被釋放，以25μA電流源充電。同步整流器軟起動進入運轉期。
◇如果過載條件在重新起動后仍存在。逐個周期式限流又將開始，并增加RES端的電容電壓，重新進入打嗝模式。
◇如果過載條件在重新起動后，沒有延長，則RES端將幫助以5μA電流漏放電到GND，恢復正常工作。