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电池/开关电源 |
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基于CS pin的嵌入可调式OVP IC解决方案 |
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作者：邹明璋 陈仁义 |
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返驰式(Flyback)电源供应器工作原理
返驰式(Flyback)电源供应器Switch Power Supply (交换式电源设计供应器)的一种，为工业界常用之电路架构，其特点如下表所示，图1所示为返驰式转换器(Flyback Converter) 电路。
一般设计SPS需要一些保护来提高系统设备之稳定安全，尤其是输出过电压保护极为重要，这个输出过电压保护目的是防止电气设备上的组件之绝缘遭受过电压的破坏。一般过电压的测试方法是将回授Open让系统呈现段回路状况，导致一次侧能量无限制提供给二次测来达到输出过电压现象。
在过电压作用下，如不采取措施，则电气设备上的组件的绝缘将会被击穿损毁，造成设备损坏和危险等事故。系统上常见的行为是当输出电压上升到某一额定电压时，过电压保护电路即发生动作，使输出电压降到零或维持某一设定的值，达到保护交换式电源供应器的目的；一般规定过电压为正常电压的1.1～1.3倍 (这个规范会随这不同系统应用而不同)。
图1：隔离型返驰式转换器
其电路操作原理如下说明：
当切换开关(Q1)导通时，变压器的初级绕组会渐渐有电流流过(IDS)，并将能量储存于其中，由于变压器---扼流圈的输入与输出绕组其极性是相反的，因此二极管被逆向偏压，因此没有能量转移至负载。当切换开关不导通时，由于磁场消失导致绕组的极性相反，此时二极管D1 会被导通，输出电容COUT 会被充电，负载RLoad 上会有电流IR流过。由于此种隔离组件的动作就像是变压器与扼流圈，因此在返驰式转换器输出部分，就不需要额外的电感了。但是在实际的电路应用中，为了抑制高频转换器噪声波尖，我们还是会在整流器与输出电容之间加装一小型电感器。
输出过电压保护方式 (Over Voltage Protection)
交换式电源供应器，一般常用的过电压保护方式主要可分为两种，来降低保护后端设备免受过电压造成伤害：
1.控制PWM IC之嵌入OVP保护逻辑
在图2 IC方块图，其中OVP 电路为一稽纳二极管与一比较器结构，当回授Open 输出电压上升VCC电压也会上升，所以PWM IC利用这个方式来做到输出过电压保护机制。
VCC超过OVP level附近并且经过一段时间，VCC OVP比较器开始给一个讯号使IC做保护关闭，相对地稽纳二极管将会箝制电压与电流，这个目的是保护IC制成组件；当输出电压异常状况解除后，会再启动IC再次确认是否系统还是在异常状况。这个方法将会受限一些应用，例如VCC电容太大、辅助绕组耦合问题、无法调整输出过电压保护电位、输入电压高低会有大的保护点误差与保护速度太慢等问题。
图2：OVP保护电路与VCC变动之行为
2.外部电路之OVP保护逻辑
简易可调式OVP保护
如图3电路中，当输入的电压高于稳压二极管的击穿电压值时，稳压管击穿，有电流流过电阻R，使晶体管V导通，光耦合器将会感应到一路电流后，使BJT组件导通并且拉扯VCC电位直到VCC低于UVLO OFF让IC关闭 (假如要让PWM IC 进入Latch Mode 可以改连接于OTP PIN)。
图3：简易可调式OVP保护电路
高低温度下简易可调式OVP保护
图4为输出过电压保护电路。稳压管DZ的击穿电压稍大于输出电压额定值，输出正常时，DZ不导通，Thyristors闸极电压为零且不导通。当输出过压时DZ击穿，Thyristors闸极受触发导通，使光耦输出三极管电流增大，通过光耦合器将会感应到一路电流后，使BJT组件导通并且拉扯VCC电位直到VCC低于UVLO OFF让IC关闭。
图4：高低温度下简易可调式OVP保护电路
高低温度下准确可调式OVP保护
如图5电路中，输出电压突然升高，晶体管V1、V2导通，BJT组件就导通。基准电压Vz由式 Vout=(R1＋R2)(Vz＋VBE1)/R1
来确定，VBE1为V1的发射结（BE）电压降。这个电路的动作电压可变，并且动作点相当稳定。当稳压管为7V时，其温度系数和晶体管V1的发射结（BE）电压的温度系数可以抵消，能使温度系数降得很低。但是对于输出为5～5.5V的直流开关稳压器来说，其常用的动作电压是5.5～6V。那么稳压管电压必在3.5V以下，此电压附近的稳压管的温度变化系数是－20～－30mV/℃。因此，温度变化大的场合保护电路还会发生误动作。采用集成电路电压比较器来检测开关稳压器的输出电压，是目前较为常用的方法，利用比较器的输出状态的改变跟相应的逻辑电路配合，构成过电压保护电路，这种电路既灵敏又稳定。
图5：高低温度下准确可调式OVP保护电路
利用CS pin 来实现输出过电压保护
如图6所示，通嘉科技利用CS pin 来实现输出过电压保护，控制电路Gate off 状态且经过一个1.5us延迟动作后，侦测辅助绕组上的绕组电压，这个辅助绕组电压经过二极管后分压后得到衰减的NVout端子电压在与IC内部比较器比较，假如这个CS pin电压是高过0.2V且连续8个周期，那么这个时候PWM IC将判断输出是输出过电压后，PWM IC将进行关闭。
延迟1.5u在做侦测之目的为避免漏电感或噪声震荡去造成OVP功能误动作。如何调整设定输出过电压保护点，如下公式所示：
图6：嵌入式CS_OVP保护电路
比较输出过电压保护
如表2所示，使用通嘉科技之输出过电压保护解决方案，可以大大节省外部组件来达到一样或更好的行为效果，并且设计者将更方便去设定过电压保护之保护点。表2：输出过电压保护方法之比较
 结论
此篇文章探讨PWM IC嵌入可调式输出过电压保护的新方法。首先比较目前业界常用外部保护线路原理介绍，进而引导使用通嘉科技之输出过电压保护解决方案好处，让用户更了解设计原理。最后，使用通嘉科技之输出过电压保护解决方案，可以帮客户节省二到十四个系统组件并且在高低温度下有更准确的输出过电压保护之保护点。(end)
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(10/9/2012) |
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