FA5310開關(guān)電源控制IC及其應(yīng)用?
[導(dǎo)讀]介紹了FA5310開關(guān)電源控制IC的性能、特點(diǎn)及工作原理，并給出了它的一種具體應(yīng)用電路。
摘 要 介紹了FA5310開關(guān)電源控制IC的性能、特點(diǎn)及工作原理，并給出了它的一種具體應(yīng)用電路。
關(guān)鍵詞：FA5310，開關(guān)電源，場效應(yīng)管
1引言
許多電子系統(tǒng)都需要開關(guān)電源。開關(guān)電源的電路多種多樣，其中已有許多采用控制芯片?？刂菩酒灰偻饨右恍┢骷纯山M成開關(guān)電源，從而大大簡化了電路設(shè)計(jì)。
FA5310是日本富士電機(jī)公司的產(chǎn)品，它具有多種保護(hù)功能，外接電路簡單，有很大的實(shí)用價(jià)值。FA5310具有以下特點(diǎn)：
可直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET（I0＝±1．5A）；寬工作頻率范圍（5～600kHz）；具有逐個(gè)脈沖過流限制功能；有過載切斷功能（可選用鎖定或無保護(hù)模式）；可用外部信號控制輸出ON／OFF；有過壓切斷功能（鎖定模式中）和欠壓誤動(dòng)作保護(hù)功能（16V時(shí)導(dǎo)通，8．7V時(shí)關(guān)斷）；等待電流低（90μA）；占空比為Dmax＝46％，可用于正激和反激電路。
圖1為FA5310的引腳排列圖。表1所列為各引腳的功能說明。
2工作原理
FA5310的工作原理如下。
2．1振蕩器
振蕩器通過電容充放電產(chǎn)生三角波。CT腳的電壓在約3．0V到1．0V的范圍內(nèi)振蕩。振蕩頻率由
1腳和7腳的外接時(shí)基電阻RT和時(shí)基電容CT決定。如下式：
式中，f的單位為kHz，RT為kΩ，CT的單位為pf。
2．2PWM比較器
PWM比較器有四個(gè)輸入端（如圖2所示）。其中振蕩器輸出（1）與CS腳電壓（2）、FB腳電壓（3）及DT電壓（4）作比較。若（2）（3）（4）腳的最小值比（1）腳低，則PWM比較器輸出為高電平，IC輸出為低電平；否則PWM比較器輸出為低電平，IC輸出為高電平。
圖3為PWM比較器時(shí)序圖。當(dāng)IC加上電源后，可用CS腳電壓控制軟啟動(dòng)工作，輸出脈沖逐漸
變寬。在正常工作時(shí)，輸出脈寬取決于最大占空比Dmax、DT電壓及FB腳電壓。
2．3CS腳電路
CS腳可用于軟啟動(dòng)工作、過載及過壓輸出關(guān)斷和輸出的ON／OFF控制。
（1）軟啟動(dòng)功能
當(dāng)電源開通時(shí)，10μA的恒流源開始給電容Cs充電。CS腳電壓因充電而緩慢上升。因而PWM比較器的輸出脈沖也緩慢變寬。
軟啟動(dòng)時(shí)間可近似地從IC啟動(dòng)到輸出脈沖變寬30％的時(shí)間來估算。軟啟動(dòng)時(shí)間由下式給出：ts（ms）＝160Cs（μF）
（2）過載關(guān)斷
如果輸出電壓由于過載或短路而下降，F(xiàn)B腳的電壓將上升。如果FB腳電壓超過比較器C3的參考電壓（2．8V），C3的輸出為低電平，將使晶體管Q關(guān)斷。在正常工作時(shí)，晶體管Q是開通的。CS腳被穩(wěn)壓管Zn箝在3．6V。該穩(wěn)壓管的最大擊穿電流為65μA。當(dāng)Q關(guān)斷時(shí)，箝制解除，10μA的恒流源開始給電容CS充電，CS腳電壓上升。當(dāng)CS腳電壓超過比較器C2的參考電壓（7．0V）時(shí)，C2的輸出為高電平，從而使偏置電路關(guān)斷。這樣，IC就進(jìn)入了鎖定模式并關(guān)斷輸出，關(guān)斷電流的消耗為400μA（Vcc＝9V）。此電流必須通過啟動(dòng)電阻提供。而此時(shí)IC給MOSFET柵極開始放電。
將電源電壓Vcc降至8．7V以下或?qū)S腳電壓強(qiáng)制降到7．0V時(shí)可以使電路重新啟動(dòng)。
從輸出短路到關(guān)斷偏置電路的時(shí)間周期tOL由下式給出：
（3）輸出ON／OFF控制
如果在電容Cs旁并聯(lián)一個(gè)三極管，并通過控制三極管的導(dǎo)通和截止來控制CS腳電壓，即可控制IC的導(dǎo)通或關(guān)斷。
如果三極管導(dǎo)通，CS腳電壓降到0．42V以下，C1比較器輸出高電平使偏置電路關(guān)斷，從而使IC輸出關(guān)斷，IC給MOSFET柵極放電。如果三極管截止，Cs又開始充電，IC開始軟啟動(dòng)。電源又重新開始工作。
2．4過流限制電路
過流限制電路通過檢測主開關(guān)MOSFET漏極電流的逐個(gè)脈沖的峰值來限制過流。檢測的閾值電壓是＋0．24V。
MOSFET漏極電流被電阻R2（見圖4）轉(zhuǎn)換成電壓并反饋到IS腳。如果電壓超過比較器C4的參考電壓（0．24V），則C4輸出為高電平，RS觸發(fā)器的輸出Q亦為高電平，則輸出腳迅速關(guān)斷電流。RS觸發(fā)器的輸出Q在振蕩器的下一個(gè)周期被復(fù)位，使輸出端又開始工作。這個(gè)工作重復(fù)用來限制過流。如果過流限制因噪聲而產(chǎn)生動(dòng)作，可在IS腳和MOSFET之間接一個(gè)RC濾波器。
2．5欠壓鎖定電路
在電源下降時(shí)，IC中的欠壓鎖定電路能阻止IC誤動(dòng)作。當(dāng)電源電壓從0V開始上升，IC在Vcc＝16．0V時(shí)開始工作。當(dāng)電源電壓下降到Vcc＝8．7V時(shí)，IC關(guān)斷輸出。當(dāng)欠壓鎖定電路工作時(shí)，CS腳電壓變低，使IC復(fù)位。
2．6輸出電路
IC的推挽輸出可直接驅(qū)動(dòng)MOSFET。OUT腳的電流可達(dá)1．5A。
在欠壓鎖定電路工作時(shí)，如果IC停止工作，MOSFET柵壓降低，MOSFET被關(guān)斷。
3應(yīng)用電路及設(shè)計(jì)考慮
圖5為FA5310的應(yīng)用電路。從電源開通到IC啟動(dòng)的時(shí)間由R1和C5確定。如果它們太大，電路起動(dòng)就較慢。R1必須根據(jù)下式來確定?？紤]到電路關(guān)斷時(shí)的電流為400μA（在cc＝9V時(shí)）：
R1＜｛VAC（2）1／2／π－9｝／400AC為交流輸入電壓。
IC供電電路在起動(dòng)時(shí)，由電源通過R1供電，但電流較小。電路正常工作以后，由變壓器的饋電繞組經(jīng)二極管ERA91－02整流后給IC供電，這樣既可保證IC要求的電流。又可省掉輔助源。MOSFET因?yàn)橐惺茈娫磧杀兜姆鍓骸㈦娋W(wǎng)的波動(dòng)以及浪涌電壓，所以對于220V的電網(wǎng)電壓，MOSFET的耐壓最好應(yīng)在800V以上。MOSFET漏極上的RCD電路為復(fù)位電路，而源－漏極間的RC電路用來抑制浪涌電壓。
在變壓器次級，當(dāng)輸出電壓瞬間比5V高得多
時(shí)，光耦PC1導(dǎo)通，使FB端短接地，IC暫停輸出，從而使電路輸出保持平穩(wěn)。
參 考 文 獻(xiàn)
1 FUJICo．FUJISEMICONDUCTORS DATA BOOK．FUJICo．，1995年
2 趙效敏．開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用．上海：上?？茖W(xué)普及出版社，1995年9月
關(guān)鍵詞：FA5310，開關(guān)電源，場效應(yīng)管
1引言
許多電子系統(tǒng)都需要開關(guān)電源。開關(guān)電源的電路多種多樣，其中已有許多采用控制芯片?？刂菩酒灰偻饨右恍┢骷纯山M成開關(guān)電源，從而大大簡化了電路設(shè)計(jì)。
FA5310是日本富士電機(jī)公司的產(chǎn)品，它具有多種保護(hù)功能，外接電路簡單，有很大的實(shí)用價(jià)值。FA5310具有以下特點(diǎn)：
可直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET（I0＝±1．5A）；寬工作頻率范圍（5～600kHz）；具有逐個(gè)脈沖過流限制功能；有過載切斷功能（可選用鎖定或無保護(hù)模式）；可用外部信號控制輸出ON／OFF；有過壓切斷功能（鎖定模式中）和欠壓誤動(dòng)作保護(hù)功能（16V時(shí)導(dǎo)通，8．7V時(shí)關(guān)斷）；等待電流低（90μA）；占空比為Dmax＝46％，可用于正激和反激電路。
圖1為FA5310的引腳排列圖。表1所列為各引腳的功能說明。
FA5310的工作原理如下。
2．1振蕩器
振蕩器通過電容充放電產(chǎn)生三角波。CT腳的電壓在約3．0V到1．0V的范圍內(nèi)振蕩。振蕩頻率由
1腳和7腳的外接時(shí)基電阻RT和時(shí)基電容CT決定。如下式：
式中，f的單位為kHz，RT為kΩ，CT的單位為pf。
PWM比較器有四個(gè)輸入端（如圖2所示）。其中振蕩器輸出（1）與CS腳電壓（2）、FB腳電壓（3）及DT電壓（4）作比較。若（2）（3）（4）腳的最小值比（1）腳低，則PWM比較器輸出為高電平，IC輸出為低電平；否則PWM比較器輸出為低電平，IC輸出為高電平。
圖3為PWM比較器時(shí)序圖。當(dāng)IC加上電源后，可用CS腳電壓控制軟啟動(dòng)工作，輸出脈沖逐漸
2．3CS腳電路
CS腳可用于軟啟動(dòng)工作、過載及過壓輸出關(guān)斷和輸出的ON／OFF控制。
（1）軟啟動(dòng)功能
當(dāng)電源開通時(shí)，10μA的恒流源開始給電容Cs充電。CS腳電壓因充電而緩慢上升。因而PWM比較器的輸出脈沖也緩慢變寬。
軟啟動(dòng)時(shí)間可近似地從IC啟動(dòng)到輸出脈沖變寬30％的時(shí)間來估算。軟啟動(dòng)時(shí)間由下式給出：ts（ms）＝160Cs（μF）
（2）過載關(guān)斷
如果輸出電壓由于過載或短路而下降，F(xiàn)B腳的電壓將上升。如果FB腳電壓超過比較器C3的參考電壓（2．8V），C3的輸出為低電平，將使晶體管Q關(guān)斷。在正常工作時(shí)，晶體管Q是開通的。CS腳被穩(wěn)壓管Zn箝在3．6V。該穩(wěn)壓管的最大擊穿電流為65μA。當(dāng)Q關(guān)斷時(shí)，箝制解除，10μA的恒流源開始給電容CS充電，CS腳電壓上升。當(dāng)CS腳電壓超過比較器C2的參考電壓（7．0V）時(shí)，C2的輸出為高電平，從而使偏置電路關(guān)斷。這樣，IC就進(jìn)入了鎖定模式并關(guān)斷輸出，關(guān)斷電流的消耗為400μA（Vcc＝9V）。此電流必須通過啟動(dòng)電阻提供。而此時(shí)IC給MOSFET柵極開始放電。
將電源電壓Vcc降至8．7V以下或?qū)S腳電壓強(qiáng)制降到7．0V時(shí)可以使電路重新啟動(dòng)。
從輸出短路到關(guān)斷偏置電路的時(shí)間周期tOL由下式給出：
tOL（ms）＝340Cs（μF）
（3）輸出ON／OFF控制
如果在電容Cs旁并聯(lián)一個(gè)三極管，并通過控制三極管的導(dǎo)通和截止來控制CS腳電壓，即可控制IC的導(dǎo)通或關(guān)斷。
如果三極管導(dǎo)通，CS腳電壓降到0．42V以下，C1比較器輸出高電平使偏置電路關(guān)斷，從而使IC輸出關(guān)斷，IC給MOSFET柵極放電。如果三極管截止，Cs又開始充電，IC開始軟啟動(dòng)。電源又重新開始工作。
2．4過流限制電路
過流限制電路通過檢測主開關(guān)MOSFET漏極電流的逐個(gè)脈沖的峰值來限制過流。檢測的閾值電壓是＋0．24V。
MOSFET漏極電流被電阻R2（見圖4）轉(zhuǎn)換成電壓并反饋到IS腳。如果電壓超過比較器C4的參考電壓（0．24V），則C4輸出為高電平，RS觸發(fā)器的輸出Q亦為高電平，則輸出腳迅速關(guān)斷電流。RS觸發(fā)器的輸出Q在振蕩器的下一個(gè)周期被復(fù)位，使輸出端又開始工作。這個(gè)工作重復(fù)用來限制過流。如果過流限制因噪聲而產(chǎn)生動(dòng)作，可在IS腳和MOSFET之間接一個(gè)RC濾波器。
2．5欠壓鎖定電路
在電源下降時(shí)，IC中的欠壓鎖定電路能阻止IC誤動(dòng)作。當(dāng)電源電壓從0V開始上升，IC在Vcc＝16．0V時(shí)開始工作。當(dāng)電源電壓下降到Vcc＝8．7V時(shí)，IC關(guān)斷輸出。當(dāng)欠壓鎖定電路工作時(shí)，CS腳電壓變低，使IC復(fù)位。
2．6輸出電路
IC的推挽輸出可直接驅(qū)動(dòng)MOSFET。OUT腳的電流可達(dá)1．5A。
在欠壓鎖定電路工作時(shí)，如果IC停止工作，MOSFET柵壓降低，MOSFET被關(guān)斷。
圖5為FA5310的應(yīng)用電路。從電源開通到IC啟動(dòng)的時(shí)間由R1和C5確定。如果它們太大，電路起動(dòng)就較慢。R1必須根據(jù)下式來確定?？紤]到電路關(guān)斷時(shí)的電流為400μA（在cc＝9V時(shí)）：
R1＜｛VAC（2）1／2／π－9｝／400AC為交流輸入電壓。
IC供電電路在起動(dòng)時(shí)，由電源通過R1供電，但電流較小。電路正常工作以后，由變壓器的饋電繞組經(jīng)二極管ERA91－02整流后給IC供電，這樣既可保證IC要求的電流。又可省掉輔助源。MOSFET因?yàn)橐惺茈娫磧杀兜姆鍓骸㈦娋W(wǎng)的波動(dòng)以及浪涌電壓，所以對于220V的電網(wǎng)電壓，MOSFET的耐壓最好應(yīng)在800V以上。MOSFET漏極上的RCD電路為復(fù)位電路，而源－漏極間的RC電路用來抑制浪涌電壓。
在變壓器次級，當(dāng)輸出電壓瞬間比5V高得多
時(shí)，光耦PC1導(dǎo)通，使FB端短接地，IC暫停輸出，從而使電路輸出保持平穩(wěn)。
參 考 文 獻(xiàn)
2 趙效敏．開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用．上海：上?？茖W(xué)普及出版社，1995年9月
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