一款基于IW1706的AC—DC原邊反饋恒壓開關電源設計

IW1706是一種采用數字控制技術對建峰電流模式PWM反激式高性能的交流/直流電源控制器。此芯片中包含了直接驅動功率晶體管，工作在準諧振模式，高效率，內置保護功能等特點，同時顯著減少了外圍元器件數量可達到簡化設計和降低材料總成本的目的。IW1706具備軟啟動方案，它允許快速而順利啟動與小型和大型的電容負載。IW1706消除次級反饋電路同時也具備了出色的輸出特性和負載調節。它也消除環路補償元件的需要在保持穩定的同時在所有操作條件。脈沖波形分析脈沖允許一個環響應比傳統的解決方案更快，從而提高了動態負載響應。內置的功率限制功能可以優化變壓器設計在通用離線應用，允許一個廣泛的輸入電壓范圍。電力供應與iw1706建立可以實現最高的平均效率和快速而順利啟動寬范圍電容負載。

IW1706具有以下特點：

● 原邊反饋消除光電隔離器和簡化設計

● 自適應控制能夠快速和軟啟動

● 很緊的恒定電壓調節

● 低共模噪聲

● 優化PWM開關頻率72 kHz的最大達到最佳規模和效率

● 自適應PWM/PFM控制提高了效率

● 直接驅動晶體管開關降低了成本

● 動態的基極電流控制

● 無外部補償元件

● 符合EPA 2節能規范有足夠的裕度

● 內置短路保護、輸出過壓保護

● 內置的電流檢測電阻短路保護

● 恒電流控制

表1：

主體電路的設計

在本設計中AC-DC部分選用的拓撲結構是一個隔離式原邊反饋驅動方案，可應用于190-265V的輸入電壓范圍，輸出為18V、300mA。

2、輸入EMI濾波

保險絲FU1提供整個系統的故障保護，此外提供額外的阻尼以保證系統在調光過程中不會出現震蕩從而引發的閃爍現象。

壓敏電阻VR1通常被廣泛的應用在各種開關電源線路中，其作用主要是防止因為電網電壓中的瞬時電壓突變從而造成的可能對外圍電路的傷害。當高壓來到時，壓敏電阻的電阻降低而將電流予以分流，防止受到過大的瞬時電壓破壞或干擾。因而保護了敏感的電子組件。

橋式整流器BR1則是利用二極管的單向導通性進行整流，常用來對AC交流電進行全波整流，以獲得良好的功率因數和低THD。

圖2 輸入整流部分

EMI濾波部分：電容EC1、EC2和共模扼流圈L1形成位于橋式整流管后面的EMI濾波器。該輸入π濾波器網絡與IW1706芯片的頻率調制特性完美結合，可使設計滿足Class B干擾限值。電阻R1可在必要時衰減EMI濾波器的諧振，從而防止當在系統(驅動器加外殼)中測量時EMI頻譜中出現峰值。

圖3EMI濾波部分

3、啟動電路

芯片IW1706采用創新的專有軟啟動方案，能夠實現平滑啟動。當系統上電時，VCC引腳通過啟動電阻R2、R2A、R2B上電，當電源電壓VCC旁路電容完全充電，電壓高于啟動閾值的VCC(ST)，使信號變得更加活躍，使控制邏輯，和iw1706的軟啟動功能。軟啟動過程中，原邊峰值電流是有限的循環于內部比較器。整個軟啟動過程可以分解為幾個階段基于輸出電壓水平，這也就是通過原邊間接檢測到的信號。在不同階段,iW1706自適應控制開關頻率和一次側峰值電流,輸出電壓可以快速建立在早期階段順利過渡到所需的調節電壓在最終階段,無論任何應用程序可能產生的電容和電阻負載。這種自適應控制方式使得整個系統成本最低，同時軟啟動功能使得iW1706能夠理想配合電源適配器應用如ADSL調制解調器等大電容負載。

如果在任何時候Vcc電壓低于欠壓鎖定(UVLO)閾值Vcc(UVL)，然后iW1706就開始關閉。此時啟動信號變得低和VCC電容開始充電再次向啟動閾值初始化一個新的軟啟動過程。

圖4 啟動電路

4、IC控制電路

IW1706是一款數字型控制IC，與模擬型控制IC不同，他主要工作特性如下：

在恒壓模式操作時,如果滿負載工作條件下，iW1706通常工作在脈寬調制(PWM)模式。在PWM模式下,芯片開關頻率保持不變。當輸出負載IOUT降低時，Ton下降,隨后控制器自適應轉換為脈沖頻率調制(PFM)模式。在PFM工作模式下，降低負載電流,時間增加,因此切換頻率減少。

當開關頻率接近人耳聽覺臨界時，,iW1706轉換到另一個級別的PWM模式,即深度PWM模式(DPWM)。DPWM模式期間,開關頻率保持在25 kHz為了避免音響噪音。隨著負載電流進一步減少,iW1706轉換到另一個級別的PFM模式,即深度PFM模式(DPFM)，也就是說芯片可以降低開關頻率到非常低的水平，雖然整個聲音頻率范圍切換頻率下降。

iW1706還包含一個獨特的專有的準諧振開關方案,達到電壓控制模式時，打開每一個PWM和PFM切換周期,在PFM和PWM模式,在CV和CC不同工作模式下操作。這種獨特的功能大大降低了開關損耗和dv / dt在整個運行范圍的電源。這種獨特的功能大大降低了開關損耗和dv / dt在整個運行范圍的電源。由于準諧振開關的性質,實際逐周期切換頻率會略有不同,這對降低EMI提供額外的幫助。這些創新的數字控制架構和算法使iW1706達到最高整體有效率不熟悉和最低EMI,不會造成可聽噪聲在整個操作范圍。

在每個開關周期的下降沿VSENSE將檢查。如果VSENSE的下降沿未被檢測到,關井時間將延長至檢測到VSENSE的下降沿。最大允許變壓器110μs重置時間。當變壓器重置時間達到110μs，iW1706停止運行。

峰值電流限制(PCL)過流保護(OCP)和檢測電阻(R5、R5A、R5B)短保護內置到iW1706(SRSP)特性。iW1706的ISNSE能夠監視一次電流峰值。這允許逐周期峰值電流控制和限制。當主峰值電流乘以電流檢測電阻大于1.15 V時，系統判定過電流(OCP)，此時集成電路將立即關閉直到下一個周期。

為避免電流檢測電阻短路或者有潛在危險的過電流條件不被檢測到。因此,集成電路設計檢測到之后立即啟動和關閉。IC的VCC電壓開始降低，VCC低于UVLO閾值后,控制器重啟,然后啟動一個新的軟啟動周期。控制器繼續嘗試啟動,但不完全啟動,直到故障條件移除。

圖5 IC控制電路

5、VCC供電和輸出反饋回路

如上所述，當VCC旁路電容電壓高于啟動閾值的VCC(ST)，系統開始工作。啟動電阻開始停止工作，此時輔助繞組上電壓經過D2、R7持續供電給VCC引腳。D2、R7作用是濾除因變壓器上漏感產生的尖峰電壓，該尖峰電壓如果直接加到VCC引腳，芯片內部會對尖峰電壓進行誤判斷，芯片內部會判斷VCC電壓高于過壓鎖定(UVHO)閾值Vcc(UVH)。從而引起芯片的誤操作。

輸出反饋回路CV操作模式：現在大部分芯片都是直接取樣輔助線圈上電壓，由于漏感的原因，在MOS關斷后，也就是次級二極管導通瞬間，會產生一個尖峰，影響電壓采樣，為了避開個這個尖峰，大部分廠家都是采用延時采機，也就是在MOS管關斷一段時間后再來采樣線圈電壓。從而避開漏感尖峰。這種采樣方式其實在以前很多芯片上的過壓保護上也都有應用，比如OB2203和UCC28600，NCP1377上都有這樣的應用，所以可以得到較高精度的過壓保護。還有些廠家是在下取樣電阻上并一個小容量的電容來實現。同時建義大家吸收電路使用恢復時間約只有2us的IN4007再串一個百歐左右的電阻作吸收。可以減小漏感產生的振鈴，從而減小取樣誤差。得到較高采樣精度。次級圈數固定，輔助繞組固定，取樣精度高。比較器內部精度也高，自然可以得到較高的輸出電壓精度。

以上文字描述詳見下圖，其中包括輸出電壓的計算公式。

下圖中，很多人不明白C3的作用。分析如下：

采樣電壓和基準電壓比較產生誤差電壓，PSR是關斷MOS次級續流時候采樣，電容C3的作用就是存儲誤差電壓的。如果不加這個電容。次級管斷的時候采樣，到初級開通MOS的時候控制電路就根本不知道次級輸出的情況。這個點容如果太大，那么上面會存儲過多的能量。當輸出變動的時候要很長時間這個電容才能回復到正確的誤差電壓。所以就表現出電源響應慢。因此C3的選擇也很重要。

圖6 VCC供電和輸出反饋回路

6、RCD吸收回路

RCD吸收電路它由電阻Rs、電容Cs和二極管VDs構成。電阻Rs也可以與二極管VDs并聯連接。RCD吸收電路對過電壓的抑制要好于RC吸收電路，與RC電路相比Vce升高的幅度更小。由于可以取大阻值的吸收電阻，在一定程度上降低了損耗。也就是說，其主要目的是：用于吸收功率Mos(芯片內部已集成,Vds耐壓值為650V)漏源端尖鋒電壓，其取值可以視情況予以減輕。，通常會在RCD吸收回路中串聯一個電阻，串聯一個電阻的作用是抑制RCD的二極管的反向恢復電流，包括吸收的二極管采用慢管也是同樣的作用，都是起到延長EMI退磁回路的調整作用;

圖6 RC吸收回路

7、輸出回路控制

設計系統時，確定輸出肖特基二極管的耐壓。對于這類芯片架構， 12V輸出電壓建議采用100V耐壓的肖特基二極管。24V輸出電壓建議選用200V耐壓的肖特基二極管。因此本次設計輸出18V也可以選用200V耐壓的肖特基二極管。

R9、C4 是整流管的吸收回路,對整流管的電壓波形起調整作用,并防止過高的尖鋒電壓損壞整流管;對EMI 整改有用。

EC4,EC5,EC6是儲能電容,可以說輸出部分的能量都要由它們提供,對它們的要求是內阻越小越好,能承受的紋波電流越大越好。

R10是假負載,對電源輕載時的穩定性有作用,并不一定用到,先留位置。

ZD1是穩壓管，起過壓保護作用。如果ZD1 短路擊穿，則永久性損壞電源，保護終端設備，，比如iphone 、ipad等。當然，這樣做，必須建立在，電源有良好的短路保護情況下，過壓保護，是意外保護，居然電源產品過壓了，我們就不要因為一個電源，燒毀用戶昂貴的手機。就是平衡設計，平衡考慮的結果了。

另外，數字型控制芯片有一個好處就是，為減少次級電路在與電纜和電纜連接器連接過程中的壓降，iW1706集成了一個創新的方法來彌補這個情況。這個電壓降的iW1706補償通過提供反饋信號的電壓偏移基于負載電流檢測的數量。

圖7 輸出回路控制

參考文獻：

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