开关电源控制器管理论文

导语：开关电源控制器管理论文一文来源于网友上传，不代表本站观点，若需要原创文章可咨询客服老师，欢迎参考。

摘要：TDA16846-2和TDA16847-2是英飞凌公司生产的改进型开关电源(SMPS)控制器芯片。文中介绍了其主要特点，重点介绍了基于TDA16846-2的彩电SMPS电路工作原理。

关键词：SMPS；控制器；TDA168460-2/TDA16847；PFC

1概述

英飞凌(Infineon)公司推出的TDA16846和TDA16847开关电源控制器自投放市场以来，在TV、VCR、SAT接收机及PC监视器等SMPS中获得了广泛应用。目前对这两种控制器进行了改进，并将改进和创新后的器件称为2型或第二代产品，型号分别为TDA16846－2和TDA16847－2。

TDA16846－2／TDA16847－2是支持低功率待机和功率因数校正PFC的SMPS控制器，可用于固定频率PFC或同步模式反激式变换器中，该产品既可以驱动功率MOSFET，也可以驱动双极型功率器件。TDA16846－2／TDA16847－2在轻载下具有低功耗性能，其开关频率可以随负载减轻而逐步降低。

2TDA16846－2／47－2的结构特点

TDA16846－2和TDA16847－2采用14脚P－DIP－14－3封装，其引脚排列如图1所示。图2是这两种芯片的内部结构图。

这两种器件的不同点是TDA16846－2的8脚不接，而TDA16847－2的8脚为暂态高功率电路的电源功率管理输出（该脚通过一只电容和一个RC电路与地相连)。两种器件的引脚功能如表1所列。

表1引脚功能

引脚符号功能

1OTC内置截止时间电路，该脚与地之间连接RC电路，决定振铃抑制时间和待机频率

2PCS初级电流模拟（检测）

3RZ1调整和过零信号输入

4SRC连接软启动和控制电压调节电容器

5OC1光耦合器输入

6FC2不连接（TDA16846-2）/该脚电压大于1，2V，SMPS截止）

7SYN同步输入

8N.C./PMO不连接（TDA16846-2）/暂态高功率电路功率管理输出（TDA16847-2）

9REF参考电压和电流

10FC1故障比较器1输入（该脚电压大于1V,SMPS截止）

11PVC初级电压检测

12GND地

13OUTMOSFET栅极驱动输出

14VCC电源电压

TDA16846－2／TDA16847－2除具有软启动、低功耗、低启动电流及欠压／过压保护、电流限制／短路保护及静电放电ESD保护功能外，还具有如下主要特点：

●带有PFC，并采用电荷泵电路；

●频率随负载减轻可连续降低，在待机模式下，频率可调至20kHz；

●可在固定频率或同步模式下操作；

●带有临时高功率电路（THPC)，具有电源管理功能(仅TDA16847－2)。

TDA16846－2／TDA16847－2的5脚（OCI）输入电压范围扩大到0V，该脚与地之间不再需要连接电阻；7脚（SYN）改进了启动特性，阻止了变压器饱和；11脚（PVC）通过加入尖峰信号消隐，提高了抗噪扰能力；13脚（OUT）减小了截止态输出电压电平；14脚（VCC）通过尖峰消隐，改善了抗噪性能。

与先前的TDA16846／TDA16847比较，TDA16846－2和TDA16847－2除进一步强化了低功率待机功能外，还在抗噪性能方面具有明显改善。

TDA16846－2／TDA16847－2支持低功率待机功能，在彩电等应用系统中具有重要意义。美国“能源之星”等标准要求电视机的待机功耗不大于3W，根据中国节能产品认证中心CPCE抽样调查，国产彩电待机功耗低于3W的只占被测彩电总量的13．4％，而9W以上的却占34．8％。目前待机功耗低于3W的国产彩电系列品种虽有较大增加，但距全部实现低于3W的目标尚有一定距离。使用TDA16846－2／TDA16847－2设计的彩电SMPS可以满足低待机功耗的要求，而且可以降低成本。

图2

3应用电路及工作原理

用TDA16846－2作控制器的SMPS电路如图3所示。为执行PFC，该电路在桥式整流器与150μF的滤波电容C07之间插入了由电感L08、二极管D08和电容C08组成的电荷泵电路，这样配合功率开关(T01），就可在桥式整流器输入端产生接近正弦波的AC电流，且与AC线路电压接近同相位，从而使线路功率因数(PF）远远大于0.90，电流总谐波失真(THD）低于20％。

3．1启动特性

SMPS加电之后，由于滤波电容C07正极上有直流干线电压，所以与IC12脚连接的电阻R22将有电流通过。该电流从IC1的2脚流入，经2脚与14脚内部连接的二极管参见图2对14脚外部电容C26充电。一旦C26上的充电电压达到15±0．5V的导通电平以上时，芯片开始工作。器件14脚上Vcc导通电流典型值为5mA，通过C26放电使14脚上的电压下降，在尚未降至欠压关断门限时，变压器的辅助绕组(7T）将通过IC14脚外部二极管D26对芯片提供所需的电流。当IC在固定频率下工作时，为防止在启动期间出现多重脉冲，可在IC1的3脚脉冲电压超过2．5V门限之前，使IC1工作于自由振荡(freerunning）模式。

3．2初级电流模拟／电流限制

电路中IC1的2脚外部电阻R22和电容C22用于产生一个与功率晶体管T01电流成正比的电压。在T01截止时，脚2上电压为1．5V，这样当C22通过R22被充电时，T01将处于导通状态。此时脚2上的电压V2可表示为：

V2＝1．5V＋LPIP／（R22C22）

式中，LP为变压器初级绕组电感，IP为通过功率晶体管的电流。

V2一般施加到IC2脚内的导通时间比较器的同相输入端，并与反相输入端上的控制电压比较。如果V2超过控制电压，驱动器阻断，以起到电流限制作用。控制电压最大值是IC1内的5V参考电压。功率晶体管的最大电流IP(max）为：

IP(max）＝[(5V－1．5V）R22C22]／LP

控制电压可由IC1内的误差放大器、光耦合器或IC1脚11上的电压(V11）来决定。

图3

3．3折回(FoldBack）点校正

IC1脚11（PVC)上的电压V11可从连接到DC总线与地之间的电阻分压器（R23与R24)上获得。如果经整流的总线电压升高，功率晶体管的最大电流IP（max)将减小。实际上，最大电流IP（max)是独立的，与DC总线电压无关。可表示为：

Ip（max)＝[（4V－V11／3)R22C22]／Lp

3．4截止时间电路OTC

IC1脚1（OTC)外部与地之间连接的R30和C30用于组成RC并联网络。当IC1驱动器关断时，内部电流源首先用0．5mA的电流对脚1外部电容C30充电。一旦脚3（RZI)上电压达到2．5V，充电电流将达到1mA，直到C30上的电压被充电到3．5V为止。C30的充电时间约为τ＝（C30×1．5V)／1mA。

当C30上的电压达到3．5V以后，内部电流源将被切断，C30通过R30放电。当IC1脚1上的电压施加到内部截止时间比较器时，比较器的另一个输入就是控制电压。当截止时间比较器输出高电平且脚3上的电压低于25mV时，内部导通时间触发器置位，以保证功率晶体管在最小的电压时接通。如果没有过零信号则进入IC1脚3，那么，在脚1上的电压低于1.5V之前，功率晶体管将经过一段延时之后接通。只要脚1上电压高于被限制的控制电压，导通时间触发器就会截止，以抑制脚3上不适当的过零信号。而一旦控制电压低于2V，关断时间将达到恒定的最大值(≈0．56R30C30）。表2列出了控制电压与输出功率及截止时间的关系。

表2控制电压与输出功率、截止时间关系

控制电压输出功率截止时间

1.5～2V低不变（达最大值）

2～3.5V中减小

3.5～5V高自由振荡

实际上，变换器开关频率是输出功率的函数。

TDA16846－2的负载从属频率曲线如图4所示。

3．5误差放大器／软启动

IC1的（RZI)3脚是误差放大器和过零信号输入，（SRC)4脚是控制电压输入。误差放大器的同相输入端是5V参考电压。IC1脚3上的输入信号可从变压器辅助绕组经R38和R29组成的电阻分压器获得。如果脚3上的输入脉冲高于5V门限时，脚4上的控制电压将被拉低。因此，脚4与地之间连接的电容C25可用于决定控制电压的控制速度和软启动持续时间。

3．6固定频率与同步化操作

在图3所示的应用电路中，由于IC1的7脚与9脚（5V参考电压输出)是连接在一起的，故IC1工作在自由振荡调节模式。

若要求IC1在固定频率下操作时，脚7与地之间必须连接并联RC网络（Rosc与Cosc)，此时，其开关频率fsw将由Rosc与Cosc设定：

fsw≈1．2／Rosc·Cosc。

因此，当Rosc＝20kΩ、Cosc＝470pF时，fsw＝88kHz。

欲使IC1工作在同步模式，脚7上加入的同步信号频率必须高于振荡器的频率。

TDA16847－2的应用电路与TDA16846－2的应用电路相比，除TDA16847－2的8脚外部与地之间需要连接一只100pF的电容及RCR＝1MΩ，C＝4．7μF电路外，其它部分几乎完全相同。