开关电源次级智能电压型PWM控制芯片KA3511

开关电源次级智能电压型PWM控制芯片KA3511 1引言 开关电源（SMPS）次边监控IC，用作组成SMPS的辅助（housekeeping）电路，以履行过电压和欠电压保护及遥控开/关等功能。SPMS次边监控IC，内部电路往往比初级侧PWM控制器IC更加复杂，引脚也往往更多。但是，使用此类IC后，不会引起SMPS元件数量和成本上的增加。本文介绍的美国快捷公司生产的PCSPMS次边监控芯片KA3511，是一种改进型的固定频率PWM控制IC。用其 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 PC电源，是目前比较理想的选择。 2引脚功能及主要特点 KA3511采用22脚DIP封装，引脚排列如图1所示。 KA3511主要由振荡器、误差放大器、PWM比较器、过电压保护（OVP）与欠电压保护（UVP）电路、遥控开/关控制电路、电源好（pwoergood）信号产生器和精密参考电压等单元电路所组成，引脚功能如表1所示。 表1引脚功能 脚号 名称 功能 1 VCC 电源电压 2 COMP 误差放大器（E/A）输出 3 E/A(－) E/A反向输入 4 E/A(＋) E/A同相输入 5 TREM 遥控开/关延迟 6 REM 遥控开/关输入 7 RT 振荡器频率设定电阻 8 CT 振荡器频率设定电容 9 DET 欠电压检测输入 10 TPG 电源好（PG）信号延迟 11 PG 电源好信号输出 12 Vref 5.03V±2％的参考电压 13 V3.3 3.3V输出的OVP、UVP输入 14 V5 5V输出的OVP、UVP输入 15 V12 12V输出的OVP、UVP输入 16 PT 另外的保护输入 17 TUVP UVP延迟 18 GND 信号地 19 DTC 死区时间控制输入 20 C2 输出驱动 21 E 功率地 22 C1 输出驱动       图1KA3511引脚排列 图2PWM控制电路 图3工作波形 图4软启动电路 KA3511的主要特点如下： （1）只需很少量的外部元件，就可以组成性能优良的SPMS辅助电路； （2）固定频率、可变占空比电压型PWM控制； （3）利用死区时间控制实现较启动； （4）为推挽操作对偶输出，每个输出晶体管的电 流容量为200mA； （5）对于SMPS的＋3.3V、＋5V和＋12V输出， 具有OVP和UVP功能； （6）遥控开/关控制功能； （7）为监视电源电压电平，使微处理器安全操作， 内置电源好信号产生器； （8）精密电压参考，容差为±2％（4.9V≤Vref≤ 5.1V）； （9）电源电压VCC=14～30V，待机（standby）电 流（ICC）典型值是10mA。 3 工作原理 数字放映机工作原理变压器基本工作原理叉车的结构和工作原理袋收尘器工作原理主动脉球囊反搏护理 3 1振荡器 KA3511是固定频率PWM控制IC，内部线性锯齿波振荡器的频率由IC脚7外部电阻RT和脚8外部电容CT设定： fosc= 3 2PWM控制电路 KA3511的PWM控制电路如图2所示，图3为其工作波形。 误差放大器用作感测电源输出电压，它的输出连接到PWM比较器的同相输入端。死区时间控制比较器有一个0.12V的失调电压，以限制最小输出死区时间。PWM比较器为误差放大器调节输入脉冲宽度提供了一个手段。当振荡器定时电容CT放电时，在死区时间比较器输出上产生一个正脉冲。时钟脉冲控制触发器，并使输出晶体管Q1和Q2禁止。为使Q1和Q2推挽工作，脉冲控制触发器将调制脉冲对准Q1和Q2中的一只晶体管，其输出频率是振荡器频率的一半。 输出PWM通过CT上的正锯齿波与两个控制信号中的任意一个进行比较完成。或非（NOR）门驱动输出晶体管Q1和Q2使能，此情况仅当触发器时钟输入为低电平时发生。随控制信号幅值的增加，输出脉冲宽度相应变窄。控制信号是电源输出的反馈输入，亦即误差放大器输入。 3 3软启动电路 KA3511的软启动电路如图4所示。软启动的目的是防止SMPS的输出（3.3V/5V/12V）在启动时上升太快，达到OVP电平。在主电源开始接通时，死区时间控制电压为3V，尔后进入低态。低态电压由R1和R2决定： VDTC(LOW)=×Vref 由于Vref=5V，R1=47kΩ，R2=1kΩ，故VDTC(LOW)≈105mV。在软启动过程中，电源输出上升时间典型值是15ms，输出占空比从最小到最大变化。 如果遥控电压为“高”（“H”）态时，死区时间控制电压通过IC内3mA的电流源保持在3V[=3mA×R2（1kΩ）]。当遥控电压变为“低”（“L”）态时，死区时间控制电压将从3V变为0V。 图5输出调节电路 图6OVP电路 图7UVP电路 图8遥控开/关及延迟电路 3 4输出电压调节 输出电压调整电路如图5所示。＋5V和＋12V的输出电压由R1、R2与R3及R4的电阻比确定。如果输出电压（＋5V或＋12V）升高或降低，KA3511通过PWM控制比较器信号和误差放大器输出，使主电源开关的占空比相应变化，实现SMPS输出电压的调节。R5与C1组成补偿电路，以使系统稳定。 3 5OVP电路 OVP电路如图6所示。OVP功能通过IC脚13、脚14和脚15分别连接到SMPS次边＋3.3V、＋5V和＋12V的输出实现。IC内部电阻R1与R2、R3与R4和R5与R6的电阻比与参考电压Vref决定每一个OVP电平。例如，对于＋3.3V输出的OVP门限电压为： VOVP1(＋3.3V)=×VA=×Vref=4.1V 同理，R3与R4、R5与R6决定的＋5V和＋12V输出的OVP电平分别是6 2V和14 2V。 IC脚16（PT）是OVP比较器的另一个保护输入，OVP电平由PT外部电阻R101和R102决定（典型值是1 15V）。 3 6UVP电路 KA3511的UVP电路如图7所示。该电路由带三个输入的UVP比较器及R1与R2、R3与R4和R5与R6电阻分压器组成。对于SMPS次边＋3.3V、＋5V和＋12V的三个输出，每一个UVP电平分别是2.3V、4V和10V。 3 7遥控开/关与延迟电路 KA3511的遥控开/关及延迟电路如图8所示。这部分电路利用微处理器控制。如果有一个大信号施加到IC脚6，比较器输出高电平，并被传送到开/关延时电路和电源好（PG）电路。如果没有信号施加到脚6，脚6则保持5V的高电平。当REM（脚6）=“H”时，在经过约8ms的开通延时之后，PWM=“H”，主SMPS关断。当REM=“L”时，在经过约24ms的延时之后，PWM=“L”，主SMPS则工作。 3 8R/S触发器电路 图9为KA3511的R/S触发器电路。R/S触发器由OVP、UVP和一些延迟的遥控开/关信号控制。如果OVP或UVP输出是高电平，触发器置位信号则为高态，PWM亦为“高”，主电源关断。当遥控信号是高态时，它的延迟输出信号施加到R/S触发器的复位端口，导致置位为低态，从而使输出Q是低态。在这个时间中，PWM通过延迟的遥控高信号保持在高态。在主电源被OVP/UVP和通过遥控初始化关断之后，如果遥控信号变为低态，主电源则开始工作。 图9R/S触发器电路 图10电源好信号产生器电路 图11KA3511应用电路 3 9电源好信号产生器 KA3511的电源好信号产生器电路如图10所示。电源好信号产生器电路产生依赖于输出电压状态的“开”与“关”信号。当IC脚11上的输出PG=“H”时，意味着电源是“好的”；当PG=“L”时，则表示电源出现故障。 当电源接通时，为稳定输出，在经过约250ms的延时之后产生PG“高”信号。当电源切断时，为保护下面所跟随的系统，通过检测电源状态产生PG“低”信号，并且没有延迟。 比较器COMP1和COMP2分别用作检测＋5V和VCC电压。VCC检测点电压为17 2V，脚9（DET）外部电阻R11和R12的取值应符合下面的等式要求： VDET=1.25V×=17.2V 当＋5V的输出降至4 3V以下时，为提高系统稳定性，比较器COMP3产生不带延迟的PG“低”信号。当遥控开/关信号是高态时，则产生不带延迟的PG“低”信号。在主电源被接地之前，PG就变为低态。 PG延时（Td）由IC脚10（TPG）外部电容CPG、COMP3的门限电压Vth和充电电流Ichg决定： Td====250ms 4应用电路 KA3511只需外加很少量的元件，即可在SMPS的次边组成功能齐全的SMPS辅助电路。KA3511的典型应用电路如图11所示。 在图11所示的SMPS次边监控电路中，KA3511的脚13、脚14和脚15分别连接PCSMPS的3 3V、5V和12V的次边输出，以履行OVP和UVP功能。IC脚4通过外部电阻分压器感测SMPS次边5V和12V的输出电压，并与脚3内部1 25V的参考电压进行比较，其输出和PWM比较器的控制信号调节主电源开关的占空比，以使输出电压稳定。IC脚2与脚3之间在外部连接的RC网络，用作误差放大器输出与反相输入之间的补偿。IC脚6为遥控开/关输入，脚5外部电容用作遥控开/关延迟。脚7外部12kΩ的电阻和脚8外部0.01μF的电容，用作设定IC振荡器频率。脚9可通过外部电阻分压器对VCC进行欠电压检测（见图10），脚10外部电容（2.2μF）用作电源好（PG）信号延迟，脚17外部电容（2.2μF）用作UVP延迟。