降低PWM控制器P384XC应用功耗和启动时间的设计要点VIP

降低PWM控制器AP384XC應用功耗和啟動時間的設計要點本文列出了AP384XC與384X的電性能差異，闡述了啟動電阻與功率損耗的關係、如何縮短啟動時間和如何降低短路保護條件下的待機功率等，並提供了測試結果。 AP384XC是一款電流模式脈寬調變器(PWM)，該控制器擁有超低的啟動電流和較低的工作電流，能顯著降低待機損耗，提高電源變換器的效率。此外，該晶片還能與現有的384X實現接腳和應用完全相容，使用非常方便。 本文列出了AP384XC與384X的電性能差異，闡述了啟動電阻與功率損耗的關係、如何縮短啟動時間和如何降低短路保護條件下的待機功率等設計方法，並提供了測試結果。 圖1：(a)使用384X/AP384XC時標準啟動電路。(b)加速啟動電路。電特性差異 此處所述的AP384XC與其它現有的384X都是基於雙載子製程技術，電路特性最顯著的不同是啟動電流和工作電流不一樣，振盪器的放電電流也略有差異，AP384XC還增加了其它廠商384X所缺少的過溫度保護功能。 啟動電流越小則顯示可設計啟動阻值越大，電阻熱損耗降低了。工作電流與晶片本身的損耗有關，AP384XC的工作電流比其它384X低3毫安，其相應的熱損耗低50毫瓦左右。 放電電流是用於控制佔空比的，AP384XC的放電電流略大，相對應的最大佔空比也略大。AP384XC溫度過高時具有遲滯的切斷功能能夠有效地保護電源的安全，這是其它的384X所不具備的功能。 設計要點 1啟動電阻與功率損耗之間的關係 在實際的電路設計中，工程師總是根據384X的啟動電流值來選擇啟動電阻，越低的啟動電流就可以選取越大阻值的啟動電阻。電阻阻值不同，其上的熱損耗也不同，熱損耗的運算公式是： (1.414VAC)2/RCC (1) AP384XC的啟動電流極低，標準值僅50A，這樣允許選取極大阻值的啟動電阻RCC，可以高達1.2M。在電網電壓下限值90V時仍可以完成對電容器Cin的充電，將電源電壓VCC維持在啟動閘限值以上。選取大阻值的啟動電阻大幅降低了它的熱損耗，假定電網電壓的高階值等於240V，啟動電阻為1.2M，則它的熱損耗還不足100毫瓦。一旦電路完成啟動，AP384XC的供電電流就主要從變壓器的輔助繞組上 圖2：標準應用電路圖。獲得。 AP384XC的啟動電流只有50A，所以它能有效地降低消耗在啟動電阻上的熱功耗，提高熱穩定性，小功率啟動電阻又節省了PCB板的空間。極低的啟動電流和較低的工作電流(8mA)，使得AP384XC在小功率電源應用時的電源效率明顯提高，如8瓦輸出時效率提高5%以上(假定空載損耗下降0.4瓦)。 2如何縮短啟動時間 每個開關電源變換器都有其固定的啟動延遲時間。雖然沒有明確規定的業界標準，一般在幾秒以內，但是如果時間太久往往讓人難以忍受。 在圖1中，當啟動電阻RCC的阻值變大時，電容器CIN的充電頻率就會下降，所以啟動時間也加長。這種情況在交流電網電壓較低時尤其明顯。圖2提供了一種縮短啟動時間的有效方法。 其中，延遲時間可以用以下的公式(2)來進行運算 CINVSTART/ICIN (2) VSTART為標準384X的啟動電壓閘限值，ICIN的值近似等於啟動電流，與圖1相較，縮短了將近80%的啟動時間。 3. 如何降低短路保護條件下的輸入功率 384X是電流模式脈寬控制器，內含欠壓啟動滯回電路和過功率保護電路等。這些特點決定它最常用在中小功率離線式交流直流變換器中，而此類變換器一般採用反向式電路結構，因而短路保護作為開關電源的一項指標是容易實現的。 圖3：系統輸出短路時AP384XC的電源電壓和振盪器波形(電網的交流電壓等於265V)。圖3是標準的反向式應用例子，我們以此來闡述短路保護的實現過程。假定該變換器採用AP384XC設計，且短路輸入功率符合業界公認的標準(5瓦或10瓦以下)。當電源短路時，384X保護動作，使佔空比減少，384X的供電電壓VCC就會降低，當跌到384X的最小工作電壓以下時，整個電路關閉，然後靠啟動電阻開始下一次啟動過程。在這種保護狀態下，電源只工作一個或幾個開關週期，然後進入很長時間(幾百毫秒到幾秒)的啟動過程，平均功率很低，即使長時間輸出短路也不會導致電源的熱損壞。 圖4提供了該變換器短路保護產生時，AP384XC的電源接腳(接腳7)和振盪接腳(4接腳)的測試波形(電網的交流電壓等於265V)。 AP384XC的啟動電流和工作電流要比較低，如果用AP384XC替換其它的384X後短路輸入功率會怎樣變化呢？需要調整哪些外部元件參數才能滿足原來的設計規格呢？圖3中，U1(AP384XC)的總供電電流等於流過R3的啟動電流和通過R9的電流總和，R3和R9數值的差異將導致完全不同的保護效果。圖4和圖5提供了供電電壓端VCC和振盪器埠RT/CT的波形。圖4中，R3=680k，R9=20，開關間隔很長，為160ms，短路時的輸入功率測試值為3瓦。圖5中，R3=200k，R9=10，AP384XC的開/關間隔要小得多，這時短路的最大輸入功率實測值為17瓦，失去了保護作用。因而輸入功率不能滿足設計規格中的要求。這時將AP384XC更換成其它廠家的384X，仍然可以滿足短路保護的功率要求。因此，如果交直流電源變換器的原始設計採用