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用开关模式控制器Si9114组成的高频高效DCDC变换器

发布时间:2020-07-21 17:41:28 阅读: 来源:铣床厂家

摘要:Si9114是Siliconix公司新近推出的电压变换控制集成电路。它的开关频率更高,可达到1MHz,这样就可以减小储能元件的尺寸,使采用陶瓷电容器变成可能,提高了系统的可靠性,降低了成本。Si9114还有同步输出引线,使得多个Si9114的并联工作很容易实现。本文就Si9114的工作原理进行了分析,并给出了用该电路组成的在电讯领域广为应用的48V到5V的DC-DC变换串的应用电路

关键词:电源;开关;控制;功率;DC变换;软启动 1 引言 Si9114是Siliconix开关控制IC Si91xx家族中的一个新成员,采用BiC/DMOS技术制造,主要用于通讯领域中的从48V到5V的电压变换,Si9114作为电流型脉冲调宽式(PWM)控制器,和其它外接元件配合可组成高频DC-DC变换器,最高开关频率可达1MHz.

Si9114有以下特点:

●开关频率高达1MHz.由于开关频率市,储能元件的尺寸就可以很小,可全部采用贴片式元件,尺寸小,重量轻,系统成本低。 ●把功率MOSFET驱动电路和高压启动电路集成在一个晶片上实现,内部采用DMOS晶体管,允许集成电路和200V的高压直流直接相连, 可省去电源变压器。 ●软启动电路可使主要的功率元件在系统上电时受到的冲击变得很小,大大提高系统的可靠性。 ●Si9114提供了一个同步输出引线,这就使得变换器之间可以互相同步或外部某一时钟同步,简化了EMI滤波 ,使得DC变换器的并联应用变得很容易实现。 ●Si9114具有逻辑控制的关闭电路及欠压关断电路。 Si9114能流出500mA的电流或吸收700mA的电流,内部有精度为1.5%的基准电源,带宽为1.5MHz的误差放大器。 用Si9114组成的单端正激DC-DC变换器的工作原理,Si9114控制器以固定的频率来控制功率MOSFET的通断,这样就在变压器的初级线圈中产生脉冲电流,通过感应在变压器的次级产生一定的脉冲电压,经整流、滤波后就获得所需的直流电压。通过控制功率MOSFET的通断时间比例就可以调整的电压值。

2 内部结构和基本参数

Si9114的内部功能。它包括高压预调节电路、软启动电路、闭关电路、基准电压源(4.0V)、误差放大器、PWM比较器、振荡器、同步电路、输出驱动、电流检测电路等若干部分。

高压预调节电路(High Voltage PreRegulator)采用了低功耗技术、BiC/DMSO电路制造技术和高电压耗尽型MOSFET,解决了以往的控制电路起动时间长且需要一个大容量电容器的缺点。

关闭控制电路用于过压保护功能的完成。当输出电压VOUT超过额定值时,可通过一个光电耦合器使Si9114的2脚处于低电平,这样就可关闭MOSFET,使变换器输出为零,这样就起到了过压保护作用。从2脚上有低电平信号到关闭动作的延迟是300ns,这个时间很短,足以保证不会因为一时的电压过高而损坏元件。 振荡器的振荡频率取决于外接元件RT脉CT。内部有一个二分频电路,可防止脉冲占空比大于50%以避免锦芯饱和。

软启动电路通过7脚(SS)上外接的电容CSS,可合变换器的输出电压缓慢上升,以防止功率晶体管可能发生的二次击穿。软启动端(7脚)也可用作关断控制,将此端接一VIN,变换器变关闭。

当输入电压降低使VCC低于9V时,低压锁定电路起作用,误差放大器输出低电平,变换器停止工作。

在使用多个Si9115来组成直流变换器里,可采用同步输出端来实现频率和相位的同步,减少噪音。

3 管脚排列和电参数

Si9114有14脚塑料DIP封装及贴片式SO封装,后缀带D的器件为工业器,工作温度范围为-40℃~85℃。

4 应用电路

一个输入电压为36V~72V,输出为5V/4A的DC-DC变换器电路。

在变压器初级回路中,由并联的C1、C2组成输入电容电容,由Si流114DY担任开关管(200V、1Ω的MOSFET)的控制器,由两个并联的R1、R2组成RSENSE(0.5Ω)。经R3、C3滤波后输入到13脚。

在起动后,由变压器线圈N2感应的电压经D3整流、C5滤波,提供给Si9114的VCC.振荡器的工作频率取决于R5、R4,其工作频率约为450kHz。软启动电容C7保证上电后能平稳工作。误差放大器的同相端接在两个1kΩ组成的分压器上,其电压为2V(VREF=4V),C6为旁路电容。误差放大器的反馈电压5V输出端经光电耦合器及TL431组成的电路隔离,输入到FB端。

经变压器次级线圈N3感应的电压D1、D2整流(D1、D2必须采用肖特基二极管),并经L1、C10和C11滤波,输出平稳的5V电压。

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