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TEA1504開(kāi)關(guān)電源低功耗控制IC
摘要：介紹了Philips公司開(kāi)發(fā)的Green Chip TM綠色芯片TEA1504的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理，該控制芯片集成了開(kāi)關(guān)電源的PWM控制、高低頻模式轉(zhuǎn)換、柵極驅(qū)動(dòng)和保護(hù)等功能，同時(shí)上有瞬態(tài)響應(yīng)快，啟動(dòng)電流過(guò)沖小，待機(jī)功耗低等特點(diǎn)。1 前言
開(kāi)關(guān)電源以其供電效率高，穩(wěn)壓范圍大，體積小被越來(lái)越多的電子電器設(shè)備所采用，在大屏幕電視機(jī)、監(jiān)視器、計(jì)算機(jī)等電器的待機(jī)或備用（stand-by）狀態(tài)會(huì)繼續(xù)耗電，為此，Philips公司采用BiCOMS工藝開(kāi)發(fā)出了被之為Green Chip TM(綠色芯片)的高壓開(kāi)關(guān)電源控制芯片。該類(lèi)集成芯片（IC）的穩(wěn)壓范圍為90～276V(AC)，能將開(kāi)關(guān)電源待機(jī)功耗降至2W以下，其本身的待機(jī)損耗小于100mW，并具有快速和高效的片內(nèi)啟動(dòng)電流源；在負(fù)載功率較低時(shí)，它還能自動(dòng)轉(zhuǎn)換到低頻工作模式，從而降低了開(kāi)關(guān)電源的損耗。高水平的集成技術(shù)使IC的外圍元件大大減少，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的小型化、高效率和高可靠性。本文介紹的TEA1504是Green Chip TM系列IC中的重要成員之一。
圖1 TEA1504的內(nèi)部原理框圖
2 TEA1504的工作原理
TEA1504采用14腳雙列直插式(DIP14)塑料封裝，它的引腳功能如表1所列，內(nèi)部原理框圖如圖1所示。該IC內(nèi)部集模擬電路和數(shù)字電路于一體。它除含有誤差放大器、振蕩器、脈寬調(diào)器（PWM）、鋸齒波發(fā)生器等一般開(kāi)關(guān)電源控制IC的單元電路外，還集成了高壓?jiǎn)?dòng)電流源、獨(dú)特的開(kāi)、關(guān)功能電路和猝發(fā)待機(jī)（burst mode stand-by）電路。TEA1504具有三種工作模式，即：正常開(kāi)/關(guān)工作模式、猝發(fā)待機(jī)模式和輕負(fù)載功率低頻模式。通過(guò)靈活設(shè)置工作模式可大大提高開(kāi)關(guān)電源的工作效率。
表1 TEA1504引腳功能
功 能
Vi1高壓?jiǎn)?dòng)電流源輸入DRIVER4驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出，接功能MOSFET管的柵極Isense5電流取樣輸入，連接到電流取樣電阻Vaux6IC電源端，連接到輔助電源濾波電容DS7IC內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路電源，可與6端共用電源REF8參考輸入，連接到參考電阻，于設(shè)置內(nèi)部參考電流CTRL9振蕩周期和脈沖占空比控制GND11地DEM13消磁信號(hào)輸入端OOB14猝發(fā)待機(jī)模式，開(kāi)/關(guān)工作模式控制信號(hào)輸入端n.c.其它未連2.1 內(nèi)部啟動(dòng)電流源和電源Vaux管理
TEA1504內(nèi)部設(shè)計(jì)有先進(jìn)的啟動(dòng)電流源，因而無(wú)需外加高耗能的連續(xù)充電電路。啟動(dòng)電流源由外部主電壓從Vi端（pin1）輸入，可為IC的電源電容Caux提供充電電流，同時(shí)也為IC的內(nèi)部控制電路提供工作電流。當(dāng)Vaux端的電源電容被充電到11V時(shí)，振蕩器開(kāi)始起振，IC輸出脈寬調(diào)制信號(hào)（PWM）來(lái)驅(qū)動(dòng)功率MOSFET管，從而使開(kāi)關(guān)變壓器的次級(jí)隨之輸出直流電壓Vo。Caux上的電壓在啟動(dòng)時(shí)有一次充放電的過(guò)程，啟動(dòng)時(shí)由啟動(dòng)電流源對(duì)Caux充電。當(dāng)Caux上的電壓上升到11V時(shí)，電路將產(chǎn)生振蕩并輸出PWM波。同時(shí)Caux上的電壓開(kāi)始下降，當(dāng)該電壓下降到下限門(mén)限值8.05V時(shí)（UVLO）,開(kāi)關(guān)變壓器輸出電壓，從而使Caux被輔助繞組重新充電到11V。TEA1504的正常啟動(dòng)波形如圖2（a）所示。
另外，啟動(dòng)電流源還能幫助實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障狀態(tài)下的安全再啟動(dòng)或“打嗝”工作模式。一般在故障狀態(tài)下，IC將停止正常工作模式。因?yàn)楫?dāng)IC檢測(cè)到輸出故障狀態(tài)時(shí)，會(huì)立即封鎖驅(qū)動(dòng)脈沖輸出，而使Caux無(wú)法得到補(bǔ)充充電，從而使其電壓隨之下降，一旦Caux上的下降到電壓下限鎖定值，啟動(dòng)電流源將重新被激活，并將Caux充電到11V，系統(tǒng)又開(kāi)始進(jìn)入安全再起動(dòng)模式，如此往復(fù)循環(huán)。而在“打嗝”工作模式（其工作波形如圖2（b）所示），為了達(dá)到安全的“打嗝”工作模式，在安全再啟動(dòng)模式下，Caux的充電電流Irestart應(yīng)為0.53mA，而正常工作模式下的充電電流Istart為1mA，因而可確保在輸出短路情況下系統(tǒng)元件不致?lián)p壞。IC內(nèi)帶溫度補(bǔ)償?shù)?.5V基準(zhǔn)電壓在經(jīng)REF腳（pin8）外接參考電阻RREF后可產(chǎn)生一個(gè)不受溫度影響的偏置電流IREF，但應(yīng)注意：RREF的取值會(huì)影響到振蕩頻率。
圖2 TEA1504典型波形
2.2 脈寬調(diào)制器（PWM）與振蕩器
TEA1504使用獨(dú)特的電壓反饋結(jié)構(gòu)。它的初級(jí)電壓反饋信號(hào)通過(guò)RDEM從DEM端（pin13）輸入，采樣與保持電路通過(guò)流入DEM端的采樣電流來(lái)工作，采樣電流的大小與RDEM上的電壓有關(guān)。次級(jí)采樣電流的大小被儲(chǔ)存在CTRL腳的外接電容CCTRL上，并由它給PWM調(diào)制器設(shè)定驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比。在次級(jí)反饋電路中，反饋電壓一般通過(guò)光耦合器提供。
PWM單元由一個(gè)反相誤差放大器和比較器組成，它輸出的PWM波的占空比與CTR端（pin9）的控制電壓成反比。來(lái)自振蕩器的信號(hào)通過(guò)觸發(fā)器送到功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)級(jí)可使MOSFET管開(kāi)通，而來(lái)自脈寬調(diào)制器的信號(hào)或占空比限制電路信號(hào)，則可使MOSFET關(guān)斷。當(dāng)PWM輸出波形不穩(wěn)時(shí)，觸發(fā)器將停止輸出PWM波形。PWM波形的最大占空比為80%。
在脈寬調(diào)制電路中，將振蕩器輸出的鋸齒波電壓與誤差放大器的輸出進(jìn)行比較，可調(diào)整PWM波形的占空比。振蕩器被全部集成在IC內(nèi)，通過(guò)內(nèi)部電容的充、放電產(chǎn)生鋸齒波，鋸齒波的斜坡段占整個(gè)振蕩周期的80％，所以IC輸出波形的最大占空比為80％。改變外部參考電阻RREF的電阻值（RREF可在16.9kΩ～33.2kΩ之間選擇）可使振蕩頻率在50～100kHz之間改變。IC內(nèi)部有一個(gè)頻率控制單元，它能根據(jù)輸出負(fù)載的輕重自動(dòng)使振蕩器工作于低頻或高頻狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源的輸出功率小于最大輸出功率的1/9時(shí)，TEA1504將轉(zhuǎn)換到低頻工作模式，低頻與高頻工作模式的頻率比為1:2.5。低頻工作可減小開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)損耗，而且在轉(zhuǎn)換時(shí)不會(huì)影響到輸出電壓的調(diào)節(jié)。
TEA1504輸出的驅(qū)動(dòng)脈沖正向電流可達(dá)120mA，反向脈沖電流可達(dá)550mA。它允許快速開(kāi)通和關(guān)斷功率MOSFE
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