0 引言
反激變換器" title="反激變換器">反激變換器具有電路結(jié)構(gòu)簡單,、輸入輸出電氣隔離、電壓調(diào)節(jié)范圍寬,、易于多路輸出等特點,，因而適合作為電力電子設(shè)備內(nèi)的輔助開關(guān)電源。
電流控制型脈寬調(diào)制是一種新穎的控制技術(shù),，它克服了傳統(tǒng)的電壓控制型脈寬調(diào)制技術(shù)的缺點,，使開關(guān)電源系統(tǒng)具有快速的瞬態(tài)響應(yīng)、高度的穩(wěn)定性,、過載及短路保護(hù)簡單等特點,。NCP1200A是一種低功率通用離線電源的電流模式脈寬調(diào)制控制器，它代表了向超小型開關(guān)電源方向的重大飛躍,，它內(nèi)部包括定時元件,、反饋器件、低通濾波器和自供電等,。本文通過對此芯片功能的研究，并且成功地設(shè)計制作了多路隔離輸出反激變換器的樣機(jī),。
1 電流控制型脈寬調(diào)制器NCP1200A簡介
NCP1200A采用標(biāo)準(zhǔn)電流模型體系,，驅(qū)動關(guān)斷時間由峰值電流設(shè)置點確定。此控制芯片具有以下特點：
——無需輔助電源繞組,；
——內(nèi)部有輸出短路保護(hù)電路,；
——空載待機(jī)功耗極低；
——電流模式帶跳周期功能,；
——內(nèi)部有250ns前沿消隱" title="消隱">消隱電路,；
——250mA峰值拉/灌電流能力；
——內(nèi)部固定頻率為40/60/100kHz,；
——通過光耦合器直接連接,。
其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，各引腳功能如下：
——腳1用來調(diào)整發(fā)生跳周期的電平,；
——腳2將光耦器接至該腳,，根據(jù)輸出功率需求來調(diào)節(jié)一次側(cè)峰值電流設(shè)定點；
——腳3檢測一次側(cè)電流,，并通過前沿消隱電路將檢測值送入內(nèi)部比較器,；
——腳4接地；
——腳5輸出驅(qū)動外部MOSFET開關(guān)管；
——腳6接至典型值為10μF的外部大容量電容,；
——腳7用來保證適當(dāng)?shù)穆╇娏骶嚯x,；
——腳8接至高壓直流干線，該腳將恒定電流注入Vcc大容量電容,。
圖1 NCP1200A內(nèi)部結(jié)構(gòu)
2 設(shè)計特點及注意事項
2.1 動態(tài)自供電（DSS）
動態(tài)自供電技術(shù)使得所設(shè)計的反激變換器無需輔助電源繞組,，可由高壓直流干線直接供電。DSS的原理基于Vcc大容量電容從一個低電平到一個較高電平的充放電" title="充放電">充放電,。其工作過程如下：
當(dāng)電源接通時,，若Vcc<VccH，則電流源接通,，無脈沖輸出,；若Vcc下降且大于VccL，電流源關(guān)斷,，輸出為脈動,；若Vcc上升且小于VccH，電流源接通,，輸出為脈動,；典型值VccH=12V，VccL=10V,，其工作過程示意圖如圖2所示,。
圖2 Vcc電容的充放電示意圖
2.2 跳周期工作模式
由于開關(guān)電源在正常負(fù)載條件下具有良好的效率，而在輸出功率減小時,，其效率將開始下降,。NCP1200A內(nèi)嵌跳周期功能，當(dāng)輸出功率需求量減小到給定值以下時,，便自動地跳過開關(guān)周期,，這是通過監(jiān)視腳FB來實現(xiàn)的。當(dāng)負(fù)載需求量減小時,，內(nèi)部環(huán)路要求較小的峰值電流,，當(dāng)此設(shè)定值達(dá)到確定的電平時，集成電路將阻止電流繼續(xù)減少,，并開始使輸出脈沖出現(xiàn)空白,，實現(xiàn)跳周期模式。當(dāng)FB跳過門限值（默認(rèn)值1.2V）時,，峰值電流不會超過1V/Rsense,。當(dāng)集成電路進(jìn)入跳周期模式時，峰值電流不會小于Vpin1/3.3,，此時用戶可以通過改變腳1的電壓值來調(diào)節(jié)跳周期的峰值電流,。這樣在空載情況下,，NCP1200A的總待機(jī)效率可以很容易達(dá)到設(shè)計要求。
2.3 短路保護(hù)功能
通過持續(xù)監(jiān)視反饋回路,，NCP1200A能檢測到出現(xiàn)短路的情況,，并立即將輸出功率減小，以對整個電路進(jìn)行保護(hù),。一旦短路消失,，控制器即可恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。因此,，對于給定的恒定輸出功率的電源,，可以很方便地斷開這個保護(hù)功能。
2.4 軟啟動" title="軟啟動">軟啟動的實現(xiàn)
Vcc電壓從12V降到10V所需要的時間決定了系統(tǒng)能否正常啟動,，由輸出電容充電引起的相應(yīng)瞬態(tài)故障持續(xù)時間必須小于Vcc電壓從12V降到10V的時間,，否則反饋監(jiān)視回路就會當(dāng)短路情況處理，使得電源將不能正常啟動,。Vcc上的電壓和腳6的外接電容值C有關(guān)系,。假設(shè)系統(tǒng)達(dá)到額定負(fù)載所需的時間為6ms，因而Vcc的下降時間必須大于6ms,，此處設(shè)定為10ms,。在包括MOSFET驅(qū)動的集成電路消耗電流為1.5mA，由式C=i·Δt/ΔV,，可得所需電容值的大小,。按照此處所設(shè)定的條件可知C=7.5μF，在實際電路中用C=10μF,，以便實現(xiàn)軟啟動功能,。
2.5 芯片管腳防負(fù)電壓尖峰功能
此芯片可以通過附加外圍電路來防止敏感管腳被負(fù)電壓尖峰損壞。負(fù)的信號對只有正偏置的控制芯片有很大的損壞,，使其不能穩(wěn)定工作。如果由于設(shè)計不當(dāng),，使得變壓器原邊電感和腳6外接電容發(fā)生諧振,，將會在腳6上產(chǎn)生負(fù)的脈沖，造成芯片損壞,。為了有效地防止此情況的發(fā)生,，可以采用圖3所示的兩種電路來保護(hù)芯片。
圖3 防止負(fù)壓脈沖電路
2.6 內(nèi)嵌前沿消隱（LEB）功能
一般控制芯片,，在一次側(cè)的電流檢測輸入前,，必須對檢測到的電流波形進(jìn)行低通濾波處理，以防止由于開關(guān)管的開關(guān)尖峰所引起的瞬態(tài)過流現(xiàn)象,。NCP1200A內(nèi)部具有250ns的前沿消隱電路,，從而無須外加低通濾波網(wǎng)絡(luò)對檢測的電流進(jìn)行處理,，使得電路設(shè)計更加簡單。
3 試驗結(jié)果
本文通過試驗樣機(jī)進(jìn)一步來介紹NCP1200A的工作原理以及在實際設(shè)計中的簡便性,。此試驗裝置為48V直流輸入,，三路隔離輸出的反激變換器。各個參數(shù)設(shè)置為：Vin=48V,，Vcc=Vcc1=Vcc2=15V,，VEE=－15V，開關(guān)頻率f=40kHz,，變壓器原邊電感值L=330μH,，額定輸出功率P=14W，占空比D=0.4（為了防止D>0.5,，而使電路不能穩(wěn)定工作,，且無須加斜坡補償）。電路的結(jié)構(gòu)原理如圖4所示,，采用RCD無源吸收網(wǎng)絡(luò)來防止MOSFET被燒毀,。
圖4 電路的結(jié)構(gòu)原理
所研制的試驗樣機(jī)如圖5所示，具體尺寸為105mm×30mm×23mm,，采用立放直插式結(jié)構(gòu),，便于和主體設(shè)備連接。
圖5 試驗樣機(jī)實物圖
由所研制的試驗樣機(jī)測得的實際試驗波形如圖6～圖8所示,。圖6為Vcc電容上的充放電波形,，很好地實現(xiàn)了芯片的動態(tài)自供電，同時保證了裝置的軟啟動,。
圖6 Vcc電容充放電波形
(a)一次側(cè)檢測電流波形
(b)開關(guān)管漏源極間電壓波形
圖7 ics與vds波形
圖8 不同功率下的輸出脈沖(P1>P2)
圖7(a)和(b)分別為電路工作在電流連續(xù)狀態(tài)（CCM）和電流斷續(xù)狀態(tài)（DCM）的一次側(cè)采樣電阻上的電流波形和MOSFET上的漏源極之間的電壓波形,，試驗波形中所存在的電流和電壓毛刺，是由于一次側(cè)變壓器的漏感,、MOSFET的體內(nèi)寄生電容以及二次側(cè)的二極管反向恢復(fù)所造成的,。由于NCP1200A具有250ns的LEB功能，所以檢測電流中的高頻脈沖不會影響到電路的穩(wěn)定性,。
圖8為樣機(jī)工作在額定輸出功率和輕載情況下的驅(qū)動波形對比,，由此可以看出芯片的跳周期工作狀態(tài)，從而有效地減少功耗,，達(dá)到高效率的要求,。
4 結(jié)語
NCP1200A是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制器，適合于超小型的開關(guān)電源設(shè)計,。它具有動態(tài)自供電,、軟啟動、跳周期低損耗工作,、短路保護(hù)等功能,。幾乎不需要外圍分立器件,，就能實現(xiàn)多路隔離輸出高效率的小型反激變換器，因而,，該芯片廣泛地應(yīng)用于交流－直流適配器,、離線電池充電器、輔助電源等,。