数字式单极PFC开关电源控制器iW2202

维普资讯 http://www.cqvip.com 一３０一　《国外电子元器件｝２００２年第７期　２００２年７月　●新特器件应用　数字式单级ＰＦＣ开关电源控制器ｉＷ２２０２　西安三联电源设备有限公司　山西平阳机械厂　余大武　张希斌　ｉＷ２２０２一Ａ　Ｄｉｇｉｔａｌ　ａｎｄ　Ｓｉｎｇｌｅ　Ｓｔａｇｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｏｆ　ＳＭＰＳ、ｖｉｔｈ　ＰＦＣ　Ｙｕ　Ｄａｗｕ　Ｚｈａｎｇ　Ｘｉｂｉｎ　摘要：ｉＷ２２０２是ｉｗＡＴＴ公司利用该公司开发的一种名为“脉冲序列”（ｐｕｌｓｅ　Ｔｒａｉｎ）的专利稳压技术　制作的数字式开关电源控制器。它只用单级功率开关管即可实现带ＰＦＣ的开关电源。文中介绍了　ｉＷ２２０２的功能和特点，分析了脉冲序列稳压技术的工作原理，给出了一个由ｉＷ２２０２组成的带ＰＦＣ　的开关电源的设计实例。　关键词：数字控制；脉冲序列稳压；　功率脉冲；检测脉冲；　灵敏跳跃模式；　功率因数校正　分类号：ＴＰ１７　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６—６９７７（２００２）０７—００３０—０３　１　概述　从二十世纪六十年代出现所谓的“２０ｋＨｚ电源　辑、电源启动和复位检测电路相连；　脚２（Ｖ　虹）：次级反馈电压输入端（当采用光耦　从次级反馈时）。如果不用光耦反馈，该脚应同Ｖ　相连；　革命”以来，传统的ＰＷＭ技术（也含ＰＦＭ）在开关电　源领域占据着绝对的统治地位。但是，ＰＷＭ技术实　质上是一种模拟技术，而模拟技术本身的固有特征　使其在进一步提高开关电源的性能上遇到了困难。　多年以来，人们一直试图用数字技术来改进开关电　３脚（Ｖ　）：高压检测输入端。在ＰＦＣ控制中，可　用于监测交流输入电压整流后的电压；　４脚（Ｖ　嘣）：反馈电压端。反馈电压来自辅助绕　组，用于监测次级输出电压的波形；　５脚（Ｉ姐　）：初级电流检测端。用于逐周期的峰　源的性能，也就是希望用一种全新的数字技术来实　现开关电源控制的全数字化。在这种情况下，ｉＷＡＴＩ＂　公司开发出一种名为“脉冲序列”（Ｐｕｌｓｅ　Ｔｒａｉｎ）的专　利稳压技术，同时利用这种技术制作出数字式开关　电源控制器ｉＷ２２０２。该控制器只用单级功率开关管　即可实现带ＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ　Ｆａｃｔｏｒ　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，即功率因数　校正）的开关电源。它只用辅助供电绕组就可以实　现次级电压反馈，从而省去了大多数开关电源都必　须的次级取样和光电耦合电路，同时也省去了复杂　的反馈补偿网络。由ｉＷ２２０２所组成的电路的另一优　点是Ｂｏｏｓｔ电容器的电压较低，它只需要４００Ｖ的电　解电容器。由于脉冲序列技术的优点使得ｉＷ２２０２所　构成的电源电路的ＰＦＣ、输出电压和输出电流都可　各自独立进行控制。　值电流控制；　６脚（ＧＮＤ）：信号（模拟及数字）地；　７脚（ＰＧＮＤ）：功率地；　８脚（ＯＵＴＰＵＴ）：驱动信号输出端。用于驱动初　级ＭＯＳＦＥＴ开关管。　３　ｉＷ２２Ｏ２的原理　ｉＷ２２０２的工作原理框图如图２所示。　由图２可知，ｉＷ２２０２内部主要由波形分析器、　控制逻辑以及芯片供电、输出驱动和电源启动／复位　等单元组成。　波形分析器的主要作用是用来检测Ｉ　Ｖ　２　ｉＷ２２０２的引脚功能　ｉＷ２２０２采用ＳＯ一８封装，其引脚排列如图１所　示。各引脚的功能如下：　脚１（Ｖｃｃ）：芯片的供电端。与芯片内的控制逻　图１　ｉＷ２２０２的引脚排列　维普资讯 http://www.cqvip.com 数字式单级ＰＦＣ开关电源控制器ｉＷ２２０２　—３１一　换器中，每个输出驱动脉冲的大小通常根据输出　电压调节　波形分析　Ｉ　ＳＥＮＳＥ　电源　复位　电压是否正好符合稳压目标率来决定　与此不　同，脉冲序列技术更象是数字化的“开关式”伺服　系统。脉冲序列中的每个周期通过对二进制误差　信号的取样来确定是否发出功率脉冲，并使输出　电压朝目标方向变化。如果输出电压低于设定电　压，脉冲发生器将连续发出功率脉冲，直到达到　所需要的电压为止。而如果输出电压高于所设定　的电压，那么它将发出检测脉冲。　检测脉冲与功率脉冲有相同的周期，但其导　通时问是功率脉冲的１／４。由于初级开关管电流同导　通时间成线性关系，因此检测脉冲周期内的初级峰值　电流也只有功率周期的１／４。这样，检测脉冲周期内传　输的功率就只有功率脉冲周期内的１／１６。　在大多数负载条件下，稳压过程是通过功率脉　冲和检测脉冲的交替来完成的。但当负载很短时，　通常没有功率脉冲周期，此时由检测脉冲周期和跳　跃（ｓｋｉｐ）周期交替完成调整过程。　Ｖ￣ｔ　ｒｘ　ＶＳＥＮＳＥ　圈　ＧＮＤ　驱　ＶＩ　Ｋ　ＰＧＮＤ　图２　ｉＷ２２０２的原理框图　Ｖ　Ｖ　等信号的波形参数（包括幅值、频率、周期、　上升及下降时问等），并将输出分析结果送入控制逻　辑单元。　控制逻辑单元分为周期选择电路和周期定时电　路两部分。周期选择电路的作用是根据波形分析器　送来的信息来选择下一个周期的工作方式。具体的　工作方式有功率脉冲周期（Ｐｏｗｅｒ　Ｐｕｌｓｅ）、检测脉冲　周期（ｓｅｎｓｅ　ｐｕｌｓｅ）和跳跃周期（ｓｋｉｐ）三种类型可供选　择。　脉冲序列稳压技术不依赖于脉冲宽度的大小，　它用功率脉冲和检测脉冲的比例来调整电压。在调　整过程中，脉冲的频率可能会发生变化，但不影响电　压调整率。　图４是检测脉冲周期内开关管漏极的波形，该　波形上含有两组不同的衰减振荡。在反激式拓扑　中，辅助绕组上的电压波形包含有次级电压及其它　丰富的电路信息。其中包括漏感、变压器复位时问、　衰减振荡频率、次级侧二极管的特性等。　当周期类型确定之后，周期定时电路即可确定　开关脉冲的频率、高低电平占空比以及驱动脉冲的　上升、下降时问等。由上述方法产生的开关脉冲经　驱动单元放大后由ＯＵＴＰＵＴ引脚送出以驱动外部　ＭＯＳ开关管。　３．１脉冲序列稳压技术　脉冲序列稳压（ＰｕｌｓｅＴｒａｉｎ　Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ）技术主要　特点是通过一个功率脉冲发生器和一个检测脉冲发　生器来产生所需要的功率脉冲和检测脉冲，其中功　率脉冲用于初级至次级的能量传递，而检测脉冲则　用于监测次级电压的波形。　检测脉冲的映像电压可以直接从初级绕组或辅　助绕组上获得。如果取自辅助绕组，其电压还可为　芯片供电。因此，为了简化电路设计，该电压通常都　取自辅助绕组。　通过实时波形分析技术从映象电压波形中提取　周期ｎ＋２　周期ｎ＋３　图３给出了脉冲序列稳压技术的工作波形。　在传统模式的ＰＷＭ或ＰＦＭ（脉冲频率调制）转　周期ｎ　周期ｎ＋ｌ　鐾族　开关状态厂—　——Ｔ——　丽　——１ｉ河Ｔ＿————可彳—————］——　——Ｔ——面　———　————　ｔ　ｎ　ｌ　ｎ　＋１　ｔｎ　＋２　Ｔｎ　＋３　ｖ＾【１ｘ　阀值　　‘＾ｌ人　，　高、　低　，　＾人　、　－Ｎ　．Ｖ＾”Ｘ　／＼　ｆ　高　ｆ　低　ｌ　图３脉冲序列稳压的工作波形　维普资讯 http://www.cqvip.com 一３２一　《国外电子元器件｝２００２年第７期　２００２年７月　ＯＮ　Ｉ　ＯＦＦ　Ｉ　３ＵＴ＋ＡＶ）ＮＰＲＩ／ＮＳＥＣ　Ｉ　入ｙ　入　Ｖ　　．，７１　ＶＩ　八　／　、　＿　ＴＣＤＳ　ｌ。　＿、　／＾＼／＾＼／、　—　Ｖ　Ｖ　Ｖ、ｌ　Ｏ　图４检测脉冲周期波形　次级电压和变压器复位时间等信息，可在每个周期　利用这种“提取”进行相应的电压测量，从而决定下　一了临界不连续传导方式。这一方式消除了两个周期　之间的死区时间，因而充分利用了主变压器。较之　个周期的脉冲类型。　传统的电压调节技术都是基于“空间平均”检　于传统方式，该主变压器可工作于更低的磁通范围，　从而减少了磁芯损耗，提高了转换效率。　３．３初级反馈　测，即对多个周期的电压进行平均。但这样必然会　丢失很多有用信息，而且产生的延迟也降低了控制　器的响应速度，同时可能使环路不稳定。而实时波　脉冲序列技术仅需初级反馈，它通过分析辅助　绕组上得到的映象电压来测量次级电压。实际上，　形分析技术不采用平均方式，它只从现行周期决定　下一个周期的开通时间，由于其延迟时间非常短，系　统非常稳定，因此不需要环路补偿。　次级绕组的电压不同于负载上的电压，但它们之间　基本上是一个固定的压差△Ｖ。ｉＷ２２０２用脉冲序列　技术保证了非常小的△Ｖ，它仅用初级反馈就足以保　３．２零电压开关　在ｉＷ２２０２应用在反激式拓扑中时，可通过发生　在不连续传导方式下的衰减振荡来巧妙地实现零电　压开关。在图４的波形中，开关管在关断时会产生一　个阻尼振荡，从而使第一个振荡周期的波谷点的幅　值接近于“零”。如果在检测脉冲周期内测量到这一　证其电压调整率具有±１％的精度。　３．４恒定峰值电流　通过实时波形分析可知，开关可由电压波形来　决定管的开通时间，而开关管的关断时间则可由电　流波形决定。　在ｉＷ２２０２的应用电路中，有一个最大的初级电　谷点的时间，则将在下一个功率脉冲周期的相应时　间开　流Ｉ　，它是由外部电阻设定的。　在获得零电压开关的同时，干帝　。目卉　由于实际上是在变　４　基于ｉＷ２２０２的ＰＦＣ开关电源电路　一　／　口　”口　ｉＷ２２０２的主要优点之一是可以实现带ＰＦＣ（功　压器磁场复位后立即开通了开关管；从而同时获得　Ｄ６　升９０　ｕ　Ｈ　压电感　Ｃ３丰　Ｉ．．．．一Ｉ　ｒ　　＿乙Ｄ４　　Ｄ３　１　００～２　５　０ｗ　５０～６　ＯＨｚ　５０ＯｋＱＲ７‘　］　来自芯片电源　线性　．　．．．　交　制／、Ｎ．‘—　　Ｉ　１　口古检测　４ＶＳｅｎｓｅ　ＰＧＮＤ　　ＶａＬＩＸ　Ｉ　Ｓｅｎｓｅ　３　Ｖｉｎ　ＧＮＤ　电压　Ｉ　２　Ｖｃｃ　Ｗ２２０２　　－：—亡　８　Ｒ３　Ｉ＝＝＝　舁关　芯片　Ｏｕｔｐｕｔ５　００Ｑ　一　１　５　０　ｕＩ　Ｉ　Ｃ　＾Ｒ１　工　半　Ｑ１ｋ嚣【　Ｊ　．　一　譬由曩翁［１　Ｒ６　Ｄ２２　ｌ　０．１　Ｑ　图５　ｉＷ２２０２的实用电路　维普资讯 http://www.cqvip.com 低功耗单双电源供电的轨对轨仪表放大器ＡＤ６２７　●新特器件应用　—３３一　低功耗单双电源供电的轨对轨仪表放大器ＡＤ６２７　天津大学精密仪器及光电子工程学院　孙惠丽　林凌　Ｍｉｃｒｏｐｏｗｅｒ．Ｓｉｎｇｌｅ　ａｎｄ　Ｄｕａｌ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｒａｉｌ—ｔｏ—Ｒａｉｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ＡＤ６２７　Ｓｕｎ　Ｈｕｉｌｉ　Ｌｉｎ　Ｌｉｎｇ　摘要：ＡＤ６２７是美国ＡＤＩ公司出品的仪表放大器，它采用单双电源供电，具有轨对轨输出，并可用一　个外部寄存器设定增益。可用于低功耗医用检测设备、热电耦放大器和便携式电池供电等仪器中。　文章介绍了ＡＤ６２７的主要技术性能、工作原理、应用设计以及应用电路。　关键词：轨对轨；　单双电源供电；　ＣＭＲＲ；　ＡＤ６２７　分类号：ＴＮ７２２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６—６９７７（２００２）０７—００３３—０２　１　概述　ＡＤ６２７是一种低功耗的仪表放大器。它采用单、　失调电压、失调漂移、增益误差和增益漂移均较低，　因此，ＡＤ６２７可将用户系统的直流误差降到最低。由　于有较好的高频共模抑制比，ＡＤ６２７可保持最小的　高频误差，也正是因为ＡＤ６２７具有较高的ＣＭＲＲ特　双两种电源供电，并可实现轨一轨输出。ＡＤ６２７在　８５／￣Ａ的电流下即可正常工作，并具有极佳的交流和　直流特性。ＡＤ６２７采用工业标准８脚封装，引脚排列　图如图１所示。　Ｒｃ　—ＩＮ　＋Ｖｓ　ＡＤ６２７的最大特点是允许用户使用一个外部寄　＋ＩＮ　－ＯＵＴＰＵＴ　ＲＥＦ　Ｖｓ　存器来设定增益。在没有外部寄存器时，增益为５，　使用外部寄存器时，增益最大可达到１０００。ＡＤ６２７的　勘　寻　寻　寻　寻　寻　寻　图１引脚图　寻　寻　寻　寻　寻　寻　率因数校正，Ｐｏｗｅｒ　Ｆａｃｔｏｒ　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）的单级单开关管　的稳压电源。图５所示是ｉＷ２２０２的一个典型应用电　一目标，从而解决了Ｃ１的高电压问题。这样，在不同　的负载条件及输入电压时，Ｃ１的耐压只需４００Ｖ即　路，其中一个基本的ＢＩＦＲＥＤ拓扑（Ｂｏｏｓｔ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｔｈ　Ｆｌｙｂａｃｋ　Ｒｅｃｔｉｉｆｅｒ／Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｔｏｒａｇｅ／ＤＣ—ＤＣ）电路由　可，这是其它Ｂｏｏｓｔ型ＰＦＣ电路所不具备的一个明　显优点。　Ｑ１、Ｌｌ、Ｃ１和Ｔ１及其初、次边电路组成。该电路中的　ＰＦＣ部分为不连续的Ｂｏｏｓｔ电路，它的Ｂｏｏｓｔ电容器　可作为贮能电容器来驱动反激式变换器，整个电路　只用了一只开关管。　当开关管导通时，能量以输入交流存人升压电　感Ｌ１中，同时，贮能电容器Ｃ１中的能量进入主变压　器Ｔ１的初级电感。　而当开关管截止时，主变压器Ｔ１初级的能量将　图５所示电路的输入电压范围为８５～２６５ＶＡＣ。　输出电压为１９ＶＤＣ，输出功率为７０Ｗ，所选择的ＭＯＳ　管的耐压为６００Ｖ，主变压器的匝数比Ｎ设计为６，其　余元器件参数可参考图５的标注进行设计。　娃古ｉ五　当口术　日　－ｊ脉冲序列稳压技术的出现以及ｉＷ２２０２控制芯　片的开发成功，为开关电源由模拟控制技术向数字　传送到输出端，同时，贮存在升压电感Ｌｌ中的能量　可通过放电传送到贮能电容器Ｃ１上。　如果在交流输入的半个周期内，升压电感Ｌｌ和　主变压器Ｔ１初级电感贮存的能量基本相等，则贮能　控制技术的过渡吹响了前奏。这一革命性的转变必　将为开关电源的技术和市场带来更加丰富多采的灿　烂未来。　收稿日期：２００２—０３—２５　电容Ｃ１上的电压基本不变。通过该拓扑即可实现这　咨询编号：０２０７１２