级联式PWM控制器LM5041

------------------------------------------作者xxxx------------------------------------------日期xxxx级联式PWM控制器LM5041【精品文档】【精品文档】【精品文档】【精品文档】【精品文档】【精品文档】级联式PWM控制器LM5041LM5041型PWM控制器系为级联拓朴DC/DC 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 的一款专用芯片，前级为同步降压控制，第二级为推挽或全桥控制，它非常适用于多输出电压及中、大功率的场合。PWM执行电流前馈或电压前馈，它的四个输出驱动包括bulk级的HD和LD及推挽级的PUSH/PULL，第二级的两输出工作在各50%占空比，开关频率为bulk级的一半。IC确保两输出之间的死区时间，外部接不同的驱动器可作推挽，半桥或全桥。LM5041芯片内含高压起动源，最高输入达100V。振荡器最高工作频率可达1MHz。此外还有UVLO及软起动，精密基准，误差放大器及过热关断电路。因此它是用于通讯系统作级联拓朴的上乘之选。主要特色：*芯片内部高压起动源。*可调的UVLO。*电流型控制。*误差放大器及精密基准。*两种模式的过流保护。*前沿消隐。*推挽级可调节的死区时间。*软起动。*振荡器可外同步。*芯片过热保护。主要用于通讯及汽车电子，适用于多输出电压的场合。LM5041共有16个PIN脚，各PIN脚功能如下：1PINVIN输入电压源端。起动调节器的输入端，输入电压范围为15V到100V。2PINFB误差放大器的反馈信号端。为内部误差放大器反相输入，同相输入接到的基准电压。3PINCOMP内部误差放大器的输出端。在此端有一个内部5KΩ的上拉电阻。误差放大器提供一个有源的漏。4PINVREF精密5V基准电压输出端。最大输出电流10mA，用一个μF的电容局部去耦。在线路欠压时基准电压很低直到Vcc电压达标。5PINHDBulk主控制输出端。BUCK级的PWM控制开关输出端。最大占空比被嵌制，因为此输出相当于一个典型的周期为240ns的关断时间状态。6PINLDBUCK级同步开关控制输出端。同步开关控制输出端。HD输出端的反相。LM5101或LM5102的低端驱动能用于驱动同步整流器开关。7PINVcc内部高压起动调节器的输出端，稳压到9V。如果在此端的一个辅助绕组电压升高超过稳压设置点，内部起动调节器将关断，以便降低IC的功率损耗。8PINPUSH推挽级栅驱动的输出端。推挽级栅驱动的输出端。输出电流峰值为。9PINPULL推挽级栅驱动的另一个输出端。推挽级栅驱动的另一个输出端。输出电流峰值为。10PINPGND功率地。直接连接到模拟地。11PINAGND模拟地。直接连接到功率地。12PINCS电流采样输入端。PWM比较器的电流采样输入端。在此端有一个50ns的前沿消隐。如果CS端电压超过,输出将进入逐个周期电流限制，如果CS端电压超过，输出将被禁止，并且软起动开始工作。13PINSS软起动控制端。一个外部电容和一个10μA的内部电流源设置软起动斜波。如果SS端电压低于的关断阈值，控制器将进入低功耗状态。14PINTIME推挽重迭和死区时间控制端。一个外部电阻RSET为推挽输出设置重迭时间或死区时间。连接在TIME端和GND端的电阻大小决定重迭时间。连接在TIME端和REF端的电阻大小决定死区时间。15PINRT/SYNC振荡器定时电阻端。外接一只电阻设定工作频率。并可以接受外同步信号同步工作。16PINUVLO线路欠压关断端子。外接一个电阻分压器设定欠压关断的电平。窗口为2.5V，由IC内部设置。LLP/DAPSUBLLP封装的散热接地端。LM5041的内部等效电路如图1所示。细节功能描述如下：LM5041PWM控制器包含电流前馈型或电压前馈型的推挽式或桥式功率转换器全部必要的特色。这种级联式拓朴可以很好地适用于多路输出和大功率应用。LM5041的4个控制输出包括：Bulk级控制（HD和LD）和推挽级控制输出（PUSH、PULL）。推挽式输出在Buck级的一半开关频率下以各50%的额定占空比输出驱动，并且它有适用于电流反馈型的重迭时间或适用于电压反馈型的关断时间。Buck级需要一个外部驱部器，而推挽级能直接从内部给出栅驱动输出。图1LM5041级联控制IC的内部等效电路LM5041包括一个高压起动调节器，它可以工作在从15V～100V的宽输入范围。PWM控制器有高速能力其振荡频率范围达到1MHz，并且它的总传输延迟低于100ns。附加的功能包括：软起动，误差放大器，精密电压基准和芯片过热关断。高压起动调整器（稳压器）LM5041包括一个高压起动调整器，因此输入端Vin可以直接接到线路输入电压上。稳压器的输出电流在内部被限制在15mA。当电源使能后，稳压器启动并且能源出电流流入到连接在Vcc端的外部电容上，Vcc稳压器的电容值建议为μf到100μf。当加到Vcc端上的电压达到9V的稳压点并且内部基准到5V的稳压点时，控制器的输出被启动。Buck级输出将保持开通直到Vcc降到7V或线路欠压锁定检测器指示Vin超出范围。推挽级输出持续开关直到REF引脚降到大约3V以下。在典型的应用中，变压器辅助绕组通过一个二极管被连接到Vcc引脚上。此绕组必须提高Vcc电压值高于以便关掉内部高压起动源。从一个辅助绕组给Vcc供电用以提高效率，以便减小控制器的功率损耗。建议VREF调整器输出的旁路电容值范围为μF到10μF。外部Vcc电容必须足够大，以便于在最初启动期间，此电容能使Vcc电压值保持在7V以上。在故障期间，转换器的辅助绕组处在非激活状态。驱动Vcc的外部电流爱到限制。在起动调节器上的功率损耗不得超过控制器允许的最大功耗。一个外部起动或其它偏置源可以用于替代内部的起动调节器，替代 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 是把Vcc和Vin两个引脚连接在一起，并且把外部偏置电压馈送到这两个引脚上。线路欠压检测LM5041包含一个线路欠压锁死（UVLO）电路。一个外部的电阻分压器接于Vin和地之间来设置转换器的工作范围。此分压器要这样设计，在VIN所要求的工作范围内，UVLO端的电压要高于。如果欠压的阈值没有达到，控制器所有的功能将都将被禁止。此时，控制器进入电流低于300μA的低功耗状态。UVLO的窗口通过一个20μA的内部电流源在UVLO端电压升起时被激活。阈值将提高UVLO端的电压升高。当UVLO引脚下降到以下的阈值时，电流源关断使UVLO端电压下降。UVLO引脚也可用于实现遥控开关功能。将UVLO端接地，转换器被禁止。控制器也可以通过软起动端SS被禁止。如果SS端被强制低于时，控制器将进入低功耗状态。降压级控制器输出LM5041的Buck开关最大占空比箝制用于确保每个周期能给高边栅驱动的bootsrtrap电容重新充电的时间。Buck开关要确保被关断，并且同步开关开通，且对每个开关周期至少是250ns。Buck级控制输出（LD及HD）为逻辑电平（0到5V）的CMOS缓冲器。在任何故障状态或欠压关断状态，buck级的控制输出将不执行HD低和LD高的命令。推挽输出级推挽输出级工作在连续状态一般为各50%占空比。LM5041的一个显著的特点是能够准确地调节两推挽输出的死区时间或重迭时间。重迭死区时间大小采用一个电阻接到TIME引脚来控制。TIME端保持电阻一端的电压在。另一端接到REF端实现死区时间的设置或接到GND端实现重迭时间的控制。TIME端的电流极性由LM5041检测。重迭或死区时间的大小可用下面公式计算：OverlapTime(ns)=(3.66*RSET)+7重迭时间为ns，RSET连接到GND，RSET单位为KΩ。DeadTime(ns)=(3.69*RSET)+21死区时间为ns，RSET连接到REF，RSET单位为KΩ。推荐RSET调节范围：10KΩ-100KΩ。电流反馈型设计要求重迭时间以确保Buck电感电流能持续工作。电流前馈设计需要一个死区时间以确保推挽变压器从短时导通型到成为一个低阻抗源的结点时没有间隔。推挽级输出在REF端电压高于3V的所有条件下能连续地交互工作。PWM比较器PWM比较器比较补偿电流斜波的斜率和环路的误差电压(内部误差放大器Comp端)。该比较器能使快速实现最小可控占空比达到最佳状态。比较器极性为Comp端0V时将Buck级占空比减到零。误差放大器内部高增益宽带放大器置于LM5041内，放大器同相端输入接在0.75V基准。反相输入接至FB端子，在非隔离应用时，变换器输出通过一个电阻分压器直接接到FB端。环路补偿元件接于Comp与FB端之间。对隔离应用，误差放大器的功能由二次侧光耦及TL431执行。初级侧的放大器不用。内部误差放大器为开漏极输出，将FB端接地即被禁止。内部5KΩ上拉电阻接于5V基准和Comp端之间，作为光耦三极管的集电极电阻。电流限制和电流检测LM5041饮食两个电平的过流保护。如果CS端上的电压超过，将Buck级占空比终止，如果CS端电压冲过达到，控制器将立即终止现在的周期，并将软起动电容放电。推荐用一个小的RC滤波网络放在CS端，检测过流信号，在每个周期开始的前50ns，内部一个MOSFET将CS端放电，以减小前沿尖刺，这是Buck级MOSFET开启时带来的。LM5041电流检测及PWM比较器速度很快，会响应很短的噪声脉冲，PCB设计时要考虑电流检测滤波器及检测电阻的布局。电容要与CS滤波器紧靠IC。并直接接到控制器的CS与GND端。如果用电流检测互感器，互感器二次侧的两引线要接近检测电阻，在用电阻取代电流互感器时，电阻要放在推挽的两MOSFET源极处，但电阻要无感的。当选择检测电阻时所有小功率处的噪声检测都要接到IC周围。然后用单一连线接到大电流的功率地。第二级电流检测阈值为保护功率变换器，当检测出大电流时，在变换器内部最小占空比之下打呃式工作。如果达到第二级保护电平，软起动电容放电，起动顺序重新开始，但此第二级保护电平仅在高的dv/dt在电流检测电阻上展现时才出现。电流检测的瞬态必须足够快，要在第一检测电平关断Buck级之前动作才会出现，特高的电流检测dv/dt会在滤波电感饱合或输出突然短路时出现，CS端上过度滤波或检测电阻太小或滤波电感没饱合，都可防止进入第二电平，第一电平电流检测会连续地逐个周期地限制，变换器输出特性将变成一个恒流源。当然，维持过载电流的水平会导致功率级过热，特别是输出整流滤波部分会过热。振荡器及外同步能力LM5041的振荡器设置采用单一外接电阻接在RT端与GND端，为设置所要的频率f，用下式计算RT:Buck级在振荡频率下工作，推挽级在1/2的振荡频率下工作。LM5041还可以由外时钟进行同步。外时钟必须高于RT设置的自由振荡频率。时钟信号用一个100pf电容耦合至RT端，其电平峰值要大于3V。同步脉冲宽度要在15～150ns范围，RT电阻是必备的。另外无论振荡器自由振荡还是外同步，RT端电压在内部调在2V，RT电阻要紧靠IC，并直接接到RT端到GND。斜率补偿PWM比较器将COMP端的电压与电流采样信号比较。内部误差放大器的输出级通常去影响驱动COMP端。当占空比大于50%时，电流型控制电路受次谐波振荡的干扰。采用加一个空固定斜波信号斜率补偿到电流检测斜波即可避免振荡。LM5041集成此斜率补偿来缓冲内部振荡器斜波，并把振荡器产生的电流斜波与电流检测信号合成在一起。附加的斜率补偿可以由增加电流检测信号的源阻抗来提供。软起动和关断软起动特性允许功率转换器逐渐地达到它的初始稳定状态工作点，从而降低起动应力和浪涌。当电源开通时，一个10μA的电流从软起动端SS源出给外部电容充电。此电容的电压将慢慢地上升，并且去限制Buck级的最大占空比。充电在由于Vcc欠压而出现故障时，线路欠压次级电流值受到限制，输出驱动器被禁止，软起动电容放电。当故障时间很短，工作恢复正常时，软起动时序重新开始，Buck级的占空比将逐渐上升。SS端还可作为一个使能输入端工作。如果SS端电压被强制降到低于阈值0.45V时，控制器将进入低功耗工作状态。过热保护内部过热关断电路是为了在芯片超出最大结温时保护集成电路。当其功能被激活时，典型温度在165℃时，控制器强制进入低功耗待机状态，输出驱动器和偏置调节器被禁止。这个特点可以防止器件因过热导致的突然失效。下面给出LM5041组成的两种级联电路。一种是BUCK加推挽。另一种是BUCK加半桥。这两个电路仅是示意图。一个完整的由LM5041组成的级联电路如图4所示。图2LM5041控制的BUCK加推挽电路图3LM5041控制的BUCK加半桥电路