TEA1504开关电源低功耗控制IC

东安科技

开关电源TEA1504脉宽调制低功耗
         
       开关电源以其供电效率高，稳压范围大，体积小被越来越多的电子电器设备所采用，在大屏幕电视机、监视器、计算机等电器的待机或备用（stand-by）状态会继续耗电，为此，Philips公司采用BiCOMS工艺开发出了被之为GreenChipTM(绿色芯片)的高压开关电源控制芯片。该类集成芯片（IC）的稳压范围为90～276V(AC)，能将开关电源待机功耗降至2W以下，其本身的待机损耗小于100mW，并具有快速和高效的片内启动电流源；在负载功率较低时，它还能自动转换到低频工作模式，从而降低了开关电源的损耗。高水平的集成技术使IC的外围元件大大减少，以实现开关电源的小型化、高效率和高可靠性。本文介绍的TEA1504是GreenChipTM系列IC中的重要成员之一。
                   2TEA1504的工作原理
         
      TEA1504采用14脚双列直插式(DIP14)塑料封装，它的引脚功能如表1所列，内部原理框图如图1所示。该IC内部集模拟电路和数字电路于一体。它除含有误差放大器、振荡器、脉宽调器（PWM）、锯齿波发生器等一般开关电源控制IC的单元电路外，还集成了高压启动电流源、独特的开、关功能电路和猝发待机（burstmodestand-by）电路。TEA1504具有三种工作模式，即：正常开/关工作模式、猝发待机模式和轻负载功率低频模式。通过灵活设置工作模式可大大提高开关电源的工作效率。
                  
      功能Vi1高压启动电流源输入DRIVER4驱动信号输出，接功能MOSFET管的栅极Isense5电流取样输入，连接到电流取样电阻Vaux6IC电源端，连接到辅助电源滤波电容DS7IC内部驱动电路电源，可与6端共用电源REF8参考输入，连接到参考电阻，于设置内部参考电流CTRL9振荡周期和脉冲占空比控制GND11地DEM13消磁信号输入端OOB14猝发待机模式，开/关工作模式控制信号输入端n.c.其它未连
          2.1内部启动电流源和电源Vaux管理
         
      TEA1504内部设计有先进的启动电流源，因而无需外加高耗能的连续充电电路。启动电流源由外部主电压从Vi端（pin1）输入，可为IC的电源电容Caux提供充电电流，同时也为IC的内部控制电路提供工作电流。当Vaux端的电源电容被充电到11V时，振荡器开始起振，IC输出脉宽调制信号（PWM）来驱动功率MOSFET管，从而使开关变压器的次级随之输出直流电压Vo。Caux上的电压在启动时有一次充放电的过程，启动时由启动电流源对Caux充电。当Caux上的电压上升到11V时，电路将产生振荡并输出PWM波。同时Caux上的电压开始下降，当该电压下降到下限门限值8.05V时（UVLO）,开关变压器输出电压，从而使Caux被辅助绕组重新充电到11V。TEA1504的正常启动波形如图2（a）所示。
         
      另外，启动电流源还能帮助实现系统故障状态下的安全再启动或“打嗝”工作模式。一般在故障状态下，IC将停止正常工作模式。因为当IC检测到输出故障状态时，会立即封锁驱动脉冲输出，而使Caux无法得到补充充电，从而使其电压随之下降，一旦Caux上的下降到电压下限锁定值，启动电流源将重新被激活，并将Caux充电到11V，系统又开始进入安全再起动模式，如此往复循环。而在“打嗝”工作模式（其工作波形如图2（b）所示），为了达到安全的“打嗝”工作模式，在安全再启动模式下，Caux的充电电流Irestart应为0.53mA，而正常工作模式下的充电电流Istart为1mA，因而可确保在输出短路情况下系统元件不致损坏。IC内带温度补偿的2.5V基准电压在经REF脚（pin8）外接参考电阻RREF后可产生一个不受温度影响的偏置电流IREF，但应注意：RREF的取值会影响到振荡频率。
                  2.2脉宽调制器（PWM）与振荡器
         
      TEA1504使用独特的电压反馈结构。它的初级电压反馈信号通过RDEM从DEM端（pin13）输入，采样与保持电路通过流入DEM端的采样电流来工作，采样电流的大小与RDEM上的电压有关。次级采样电流的大小被储存在CTRL脚的外接电容CCTRL上，并由它给PWM调制器设定驱动脉冲的占空比。在次级反馈电路中，反馈电压一般通过光耦合器提供。
         
      PWM单元由一个反相误差放大器和比较器组成，它输出的PWM波的占空比与CTR端（pin9）的控制电压成反比。来自振荡器的信号通过触发器送到功率MOSFET的驱动级可使MOSFET管开通，而来自脉宽调制器的信号或占空比限制电路信号，则可使MOSFET关断。当PWM输出波形不稳时，触发器将停止输出PWM波形。PWM波形的最大占空比为80%。
         
      在脉宽调制电路中，将振荡器输出的锯齿波电压与误差放大器的输出进行比较，可调整PWM波形的占空比。振荡器被全部集成在IC内，通过内部电容的充、放电产生锯齿波，锯齿波的斜坡段占整个振荡周期的80％，所以IC输出波形的最大占空比为80％。改变外部参考电阻RREF的电阻值（RREF可在16.9kΩ～33.2kΩ之间选择）可使振荡频率在50～100kHz之间改变。IC内部有一个频率控制单元，它能根据输出负载的轻重自动使振荡器工作于低频或高频状态。当开关电源的输出功率小于最大输出功率的1/9时，TEA1504将转换到低频工作模式，低频与高频工作模式的频率比为1:2.5。低频工作可减小开关电源的开关损耗，而且在转换时不会影响到输出电压的调节。
         
      TEA1504输出的驱动脉冲正向电流可达120mA，反向脉冲电流可达550mA。它允许快速开通和关断功率MOSFET管。选择较低的正向脉冲，是为了限制MOSFET管开通时的dV/dt(电压上升率)，以降低电路的电磁干扰（EMI），同时减少通过电阻Rsense的电流