1 概述
IRIS4015是将MOSFET和开关电源控制器封装在一起的组合集成电路,主要应用于反激式准谐振变换器.该器件采用5脚SIP或SMD封装,适用于各类高低压开关电源.该器件的静态工作电流很低(100μA),具有内部软启动、温度补偿的逐脉冲过流保护烵CP 、过压锁定保护(OVP)和过热关断保护(TSD)等功能.
2 引脚功能
IRIS4015的管脚排列如图1所示.各引脚的功能如表1所列.
3 应用电路工作原理
IRIS4015在反激电源中的典型应用电路如图2所示.
3.1 反馈和控制电路
表1 IRIS4015的引脚功能
引脚号 引脚名 功 能
1 S 内部功率MOS管源极引出端
2 GND 芯片地
3 D 内部功率MOS管漏极引出端
4 VCC 芯片电源
5 OCP/FB 过流检测/输出电压反馈端
振荡器利用IC内部的电容C1充放电来产生决定MOSFET关断时间的脉冲信号.振荡器的工作过程如图3所示.当MOSFET开通时,内部5.6V恒压源对电容C1充电,MOSFET的漏极电流ID流经R5产生压降VR5后反馈到OCP/FB脚,以实现初级电流控制.当OCP/FB脚电压达到基准1(0.73V)时,比较器1翻转,MOSFET关断,C1结束充电,并开始恒流放电.当C1两端电压下降到基准2(1.2V)时,振荡器输出再次反相,MOSFET导通,C1两端电压迅速充电到5.6V,MOSFET反复循环开关工作.MOSFET的导通时间由VR5的斜率决定.同样,MOSFET的关断时间由C1和恒流放电电路决定.关断时间由内部恒流放电电路调整到约50μs.
次级输出电压采用电压型控制.输出电压通过光耦在R4两端产生反馈电压VR4,反馈电压与R5两端降压VR5之和使比较器1翻转.当输出电压升高时,OCP/FB脚电压升高,从而使OCP/FB脚电压达到基准电压1(0.73V)的时间缩短,并使MOSFET的导通宽度变窄,以减少反激变压器存储的能量使输出电压降低.
3.2 过流保护及正反馈补偿
过流保护电路通过检测MOSFET源极和GND之间串联电阻R5两端的电压,可检测MOSFET的漏极电流,该检测信号和VR4之和将反馈到OCP/FB脚并与基准电压1(0.73V)比较,以实现限流功能.
过流保护电路动作时,输出过流使输出电压下降,同时辅助绕组的电压也相应下降,当Vcc降到UVLO门限电压以下时,控制器停止工作.输出电流持续下降,Vcc电压因启动电路工作而升到启动电压,从而使电路间歇性工作.
当交流输入电压较高时,漏极电流较小,此时达到过流保护时的输出功率值将大于低压输入时的输出功率值.而加入由两个电阻和一个稳压管组成的正反馈补偿电路后(如图4所示),在交流输入电压较高时,其总输出功率变化不大.
加入正反馈补偿后,当输入交流电压较高时,辅助电源在OCP/FB脚产生的偏置电压会降低MOS-FET漏极的平均电流.这样,由于漏极电流减小,初级绕组漏感引起的反电压降低,MOSFET两端承受的电压减小,同时也降低了电感电流.因此,加入正反馈补偿电路后,输出功率会被控制在适当的范围内,同时,次级侧元件承受的应力也不会过大.
3.3 准谐振电路分析
图5给出了各点的波形图.图中,谐振电容C3接在MOSFET的漏极和源极之间,它和变压器的初级电感构成了谐振电路.辅助绕组和OCP/FB脚之间加入C4、D3、D4、R5组成的延迟电路,可在MOS-FET关断时产生准谐振信号,并通过比较器1和2使电路工作在准谐振状态.
变压器能量传送给次级绕组后,延迟电路使准谐振信号仍维持在OCP/FB脚,而不是立即降落,这是因为C4、C5通过有源低通滤波器和电阻R6、R7放电所致.经过一段延迟时间后,OCP/FB脚电压下降到基准电压1以下.调整C4并监测电压波形,当MOSFET的漏源电压达到最低时,电路将产生谐振信号使MOSFET开通.延迟时间由C4、C5的放电时间决定,不加C4时,延迟时间较短.由于加在OCP/FB脚的最高电压为6V,所以准谐振信号的幅值不能超过6V.
3.4 锁定电路
过压保护电路和过热关断电路动作时,锁定电路使振荡器输出低电平,从而使电源电路停止工作.当Vcc为8.5V时,锁定电路的最大维持电流为400μA.低温时,经启动电阻流进Vcc脚的维持电流需要500μA.为了避免噪音等因素引起误动作,锁定定时器将产生一个延迟时间,当OVP或TSD电路持续工作8μs或更长时间时,锁定电路才开始动作.当锁定电路动作后,稳压器仍工作.由于通过启动电阻供给控制器的电流会超过500μA,从而使启动电阻的压降增大,所以Vcc电压下降.当Vcc电压下降到UVLO-门限电压10V 以下时,稳压器停止工作.当电路电流低于400μA时,电压Vcc开始上升.当电压Vcc上升到UVLO+启动电压(16V)时,稳压器又开始工作,控制器的电流再次增加,电压Vcc则再一次下降.
锁定电路工作时,电压Vcc会在10V～16V范围内波动,如图6所示.而要使锁定电路复位,必须切断输入电源.
3.5 过压保护电路
当控制器输入电压Vin超过22.5V时,过压保护电路将动作.控制器输入电压Vin由变压器的辅助绕组提供,该电压与输出电压成正比.当次级电压反馈电路开路或其它原因引起次级过电压时,过压保护电路也会启动.过压保护动作时,次级输出电压可由下式计算:
Vout=(额定输出电压/Vcc正常工作电压)×22.5V
4 结语
以IRIS4015为核心的电源变换器具有成本低、外围电路简单、保护电路完善等优点.且在空载时,电路工作电流很低(100μA).由于该控制芯片的待机功耗仅约0.8W,因而十分适用于各种对待机功耗要求比较严格的电器设备.
