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TEA1520集成开关稳压电源设计 第3页

更新时间:2010-2-18:  来源:毕业论文
TEA1520集成开关稳压电源设计 第3页
第三章 TEA1520系列单片开关电源的原理和应用
TEA1520系列采用了先进的节能技术和制作工艺,被誉为“绿色芯片”(Green Chip),并统称为“STARplug”产品。其中,TEA1520系列是按照交流80~276V的国际通用电源标准而设计的,对于我国和欧洲均适用。
TEA1520系列适用于电池充电器、电源适配器,或机顶盒、DVD、CD、摄录象机(CVCR)、电视/监视器的备用电源,并可作为PC外部设备、便携式电子装置及家用电器中微控制器(MCU)的电源。此外,它还被应用到通信、网络等领域。
一.TEA1520系列的性能特点
1)采用Philips公司专有的高压EZ-HV和低压Bi-CMOS集成工艺,适合设计50W以下的小功率、小型化、低成本开关电源。这类开关电源可以做的很小,因其体积与插头式电源适配器相仿,故被称做“STARplug”在英文中即“星形插头”之意。
2)它属于工作在不连续下的电压控制型反激式开关电源,能满足交流80~276V的世界通用电源标准。其开关频率范围是10~200KHz,典型值可取100KHz,开关频率可从外部精确的调整,主要由振荡元件的时间常数来确定。内部振荡器既可工作在自供偏压模式(简称SOPS模式),亦可工作在固定的开关频率上,既脉宽调制(PWM)模式,后者需通过R、C振荡元件来校准开关频率。
3)片内集成了一只耐压为650V的功率开关管(MOSFET)。当环境温度为25℃时,TEA1520、1521、1522、1523和1524的漏-源极导通电阻分别为48Ω、24Ω、12Ω、6.5Ω、3.4Ω,它们的漏极极限电流依次为0.25A、0.5A、1A、2A、3A。

4)具有完善的保护功能,包括独特的退磁保护,以及输出过电流保护,短路保护,输入过电压保护和过热保护。

5)一次及二次绕组的反馈电路简单,可减少外围元件的数量。

6)具有防静电放电(ESD)能力,可防止因受到人体静电放电而损坏芯片。对于标准人体放电模型(它等效于100pF电容通过1.5KΩ串联电阻进行放电),除漏极最高可承受1000V的放电电压之外,其余引脚能承受2500V的放电电压。对于标准设备放电模型,可等效于200pF电容通过0.75цH电感和10Ω电阻进行放电,个引脚能承受200V的放电电压。

7)TEA1520系列的极限参数如下:电源极限电压Ucc=+40V,功率开关管的漏-源击穿电压Uds=650V,振荡器输入端的极限电压Urc=+3V,源极对地极限电压Us=+5V,使用时必须留有足够的余量。
二、TEA1520系列的工作原理
1、引脚功能
TEA1520系列有3种封装形式:DIP-8(对应于TEA1520P)、SO-14(TEA1520T)和DBS-9P(TEA1522AJM)。产品分类及最大输出功率详见表 1。该系列产品具有以下特点 : 
引脚排列如图 一 所示(NC代表空脚)。各引脚的功能如下:
图 一  TEA1520系列的引脚排列图
a)  DIP-8封装    b)  SO-14封装    c)  DBS-9P封装
    Ucc—工作电源端,反馈绕组的输出电压经过整流滤波器后,给芯片提供工作电压;
    GND—公共地(即开关电源的功率地);
    RC—外接振荡电阻和振荡电容,用于设定开关频率;
    REG—反馈电压(UREG)输入端,Ucc 通过电阻分压后提供反馈电压,该端相当于TOPSwitch-Ⅱ控制端(C);
SGND—信号地(仅TEA1522AJN有此端),使用时该端应与GND连通;
AUX—辅助绕组的电压输入端,该端所接的辅助电阻(亦称退磁电阻)RAUX,可对高频变压器起到退磁作用;
D—内部功率开关管(MOSFET)的漏极引出端;
S—内部功率开关管(MOSFET)的源极引出端。
2、 内部框图
 TEA1520系列弹片开关电源的内部框图如图 二 所示。主要包括以下10部分:
① 内部电源;② 振荡器;③ 2.5V基准电压源(Uref)、增益为20dB的误差放大器;④ 脉宽调制器(即PWM比较器); ⑤ 主控门DA、驱动级和功率开关管(MOSFET);⑥ 谷值开关电路(仅DIP-8封装和SO-14封装的产品有此电路);⑦ 控制逻辑;⑧ 保护逻辑及保护电路,含过电流保护电路(由外部过电流检测电阻Rs与比较器Ⅱ所组成)、短路保护电路(Rs、比较器Ⅲ)、上电复位电路及过热保护电路;⑨ 退磁电路(VD1、VD2和比较器Ⅰ);⑩ 前沿闭锁电路,可避免尖峰电流引起误触发。
                        图 二  TEA1520系列开关电源的内部框图
TEA1520系列的基本工作原理是利用反馈电压去调节占空比来达到稳压目的。举例说明,当输出电压Uo下降时,反馈电压Ureg也随之降低,Ureg与内部2.5V基准电压(Uref) 进行比较和放大后,产生误差电压Ur,再通过PWM比较器去调节输出脉冲信号的占空比,使占空比增大,迫使Uo升高,最终使Uo不变。当开关频率                            f=100KHz时,占空比的调节范围是0%~75%。
当输出功率很小、误差电压Ur小于1.8V时,振荡器就进入低频工作模式,通过延长振荡周期来提高电源效率。
3、TEA1520系列的主要功能电路的工作原理
3.1 控 制 电 路
控制电路的基本结构如图 三 所示。R、C分别为振荡电阻与振荡电容。令RC引脚的电压为Urc,其最大值为2.5V,最小值为75mV(均为典型值)。当Urc=2.5V时,就对C进行快速充电;然后C 又对R进行放电,直到Urc=75mV为止。放电过程需要3.5т的时间,т是时间常数。振荡频率的计算公式为
F≈1/3.5т=1/(3.5RC)
  应取振荡电容C≧220pF,但容量取得过大会影响高频性能。在R、C充、放电过程中可产生近似于锯齿波的电压Uj,Uj送至PWM比较器的反相输入端,而误差电压Ur则加到同相输入端。当Ur改变时,D随之改变,再通过主控门和驱动级来改变MOSFET的通断时间,进而调节Uo值使之趋于稳定。

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