集成MOSFET驱动器的全桥移相控制器-LM5046

  1 LM5046的功能

  新推出的全桥移相控制器LM5046,包含执行全桥变换器的全部功能,它既可以按电流型工作,也可以按电压型工作,它放置于DC-DC的初级侧工作,具有100V的高压启动源,它提供具有2A驱动的高边及低边栅驱动器。直接驱动外部四支组成全桥拓扑的MOSFET,同时加入了对二次侧同步整流MOSFET的驱动信号,由外部电阻调节前沿及后沿的主控与同步驱动间的死区时间,其它特色有逐个电流式限流保护,打嗝模式重新起动,最高振荡频率为2MHz,可以外同步。芯片还有过热保护功能。在UVLO和打嗝模式下禁止同步整流信号。反馈系统有宽带光耦接口,其驱动二次侧同步整流信号不用变压器而采用隔离信号传输器件Si8420BB,简化了设计及装配,LM5046组成的全桥DC-DC基本电路如图1。

  其28个PIN脚功能如下:

  1PIN UVLO线路欠压闩锁端,外部用一个电阻分压器从Uin接至GND,设置关断点及待机比较器电平。当UVLO达到0.4V时,VCC和VREF被禁止。在1.25V时,SS端重新起动,控制器开始工作。窗口设置由内部20μA电流漏及外部电阻分压器决定。

  2PIN OVP/OTP过压保护端,用一个外部分压器从Uin到GND设置过压条件的关断点。此外,在外部加一支NTC热检测分压器,用来设置过热保护点的温度,阈值为1.25V,窗口由内部20μA电流源及外部电阻分压器决定。

  3PIN RAMP送至PWM比较器.调制斜波给PWM比较器,此斜波可以是由初级电流或与初级电压成比例的预置信号,将此端复位到GND时将终止每一个周期。

  4PIN CS电流检测输入,如果CS端电平超出750mY,则PWM输出脉冲将终止,进入逐个周期式限流,一个内部开关保持CS端在低电平停留40ns,随后输出开关电平变为高电平,用于消隐前沿传输。

  5PIN SLOPE斜率补偿电流,一个从0~100μA上斜电流源用来提供斜率补偿(电流型工作时),该端可以通过一支合适的电阻接到CS端来提供斜率补偿。如果不需要斜率补偿,将其接至GND。

  6PIN COMP输入到脉冲宽度调制器,外部光耦接到此端,给出的电流送至内部NPN晶体管的电流镜,PWM的占空比在零输入时为最大,达到1mA时,占空比减到0。电流镜改善了频率响应,减少了经过光耦的交流电压。

  7PIN REF 5V基准电压源,最大供出15mA电流,用0.1μF电容在外部旁路。

  8PIN RT/SYNC振荡器频率设置及外同步控制,外部用一支电阻接于RT和AGND端设置振荡器频率。外同步采用AC耦合法,将同步脉冲加到RT/SYNC端,正常同步电平为1.5~2V。

  9PIN AGND模拟GND,其与功率GND直接单独连接。

  10PIN DR1同步整流器前沿延迟,将一支电阻接于RD1到AGND。设置从SR1的下降沿的延迟,或SR2与HO2/LO1的上升沿(或HO1/LO2)。

  11PIN RD2同步整流器后沿延迟。将一支电阻接于RD2到AGND,设置从HO1/LO2下降沿的延迟(或LO2/HO1),以及SR2或SR1相应的上升沿的延迟。

  12PIN RES重新起动时段,当CS端超出750mV,电流限制阈值时,有一个30μA电流源进入RES电容,用于PWM周期的剩余时间,如果RES电容电压达到1.0V,则SS端电容放电,禁止HO1、HO2、LO1、LO2和SR1、SR2的输出。SS端保持低电平直到RES电容上的电压上斜道2~4V之间共八

  个时段。此间其以10μA充电5μA放电。延迟顺序后,SS端电容释放之,进入正常起动顺序。

  13PIN SS软起动输入,IC内20μA电流源在起动期间给SS端充电,输入到PWM比较器电压随SS电容充电上升到稳态,开始增加PWM占空比。将SS端电平下拉到200mV以下时停止PWM脉冲,并关断同步整流器驱动到低电平。

  14PIN SSSR二次侧软起动,外部接一支电容加上内部20μA电流源设置软起动斜波给二次侧同步整流器,SSSR电容充电在初级输出脉冲后使能,即SS>2V及ICOMP<800μA之下。

  15PIN SSOFF软关断禁止。当SS OFF端接到AGND时,LM5046软关断。系在Uin,UVLO故障及打嗝式过流保护时出现,如果SSOFF端接于REF端,控制器为在任何条件下都是硬关断。

  19PIN SR2同步整流驱动器,控制同步整流器的栅输出,源出峰值电流100mA漏入400mA。

  21PIN VCC起动稳压器的输出,起动稳压器的输出在内部调节到9.5V,一旦二次侧软起动达到1V,VCC输出减到7.7V,如果辅助绕组将此端电压上升到9.5V设置点以上,内部起动稳压器将关断,以减小IC的功耗。

  22PIN PGND功率地与AGND直接连接。

  23PIN、20PIN LO1、LO2两低边输出驱动PWM栅驱动输出,驱动能力为源出1.5A峰值、漏入2A峰值能力。

  24PIN SR1同步整流驱动器,控制同步整流器的栅输出,源出峰值电流100mA、漏入400mA。

  25PIN、18PIN BST1、2栅驱动升压点,将高边栅驱动升压电容接于BST1、2和SW1、2之间,当SW1、2为低电平时给升压电容充电。

  26PIN、17PIN:HO1、2高边输出驱动器,高边PWM输出能力为源出1.5A,漏入2A。

  27PIN、16PIN HS1、2开关结点,接到高边MOSFET源极与低边MOSFET漏极以及变压器初级线圈处。

  28PIN Uin高压输入端,高压起动源输入,工作范围为14~100V。也可以与VCC连接直接由外部稳压器供电。

  2 集成电路的特性

  (1)高压起动源

  LM5046包含一个内部高压起动稳压器,它允许输入端(Uin)直接接到外部电源电压,可以从14~100V。瞬间可承受105V。当UVLO端大于0.4V时VCC稳压器开始给VCC外部电容充电,VCC调整器供电给VREF基准源及外部全桥功率MOSFET的栅驱动供电。当VCC端电压超过UV欠压阈值时,内部基准源达到5V,此时UVLO电压将大于1.25V,软起动电容释放,正常工作开始,VCC内部稳压器输出设有限制,VCC电容值取决于整个系统的设计及起动充电,推荐VCC电容从0.47~10μF。

  LM5046的内部功耗可以用外部供电来减小,VCC输出电压在IC内部设置在9.5V,同步整流开始工作后,VCC电压减小到7.7V,在典型应用中,辅助源通过二极管接到VCC,这个辅助线圈必须将VCC升到8V以上,去关断内部的高压起动源,从辅助绕组给VCC供电,可以改善效率,减小控制IC的功耗,VCC、UV电路在此模式将停止功能,VCC决不能降到UV阈值以下,正常工作时,Uin到VCC不会正向偏置,因此辅助源电压VCC决不能超过VIN电压。

  一个外部DC偏置电压可用来替代内部稳压器,从外部接到’VCC和Uin两端,外部偏置源电压必须大于10V,低于14V。

  (2)线路欠压检测器

  LM5046有两个UVLO的电平电路,当UVLO电压低于0.4V时,控制器处于低电流的关断模式。当UVLO端电压大于0.4V,但低于1.25V时,控制器处于待机模式。待机时,VCC和REF偏置源激活,但控制器输出驱动被禁止。当VCC和REF输出超过欠压阈值时,UVLO端电平大于1.25V。软起动电容释放,正常工作开始,从Uin到GND的分压器设置点电压用来设置变换器最小工作电压,分压器设计必需使UVLO端电平大于1.25V。当Uin进入设计范围时,UVL0窗口完成,由内部20μA电流漏出进入分压器设置点,当UVLO电压降到1.25V阈值以下时,电流漏使能,使UVLO端迅速下降,其0.4V的窗口关断,内部50mV窗口的比较器。

  UVLO端还可以用来执行各种遥控的使能及禁止功能,可强制UVLO处于待机条件(0.4V

  (3)过压保护

  用一个外部电压分压器设置过压或过热保护。在OVP条件时,SS和SSSR电容放电,所有输出被禁止,分压器必须设计成应对OVP时要大于1.25V。当过压或过热条件出现时,窗口变化由内部20μA电流源完成。当OVP端超过1.25V时,20μA电流源激活,迅速升高OVP端电压。当OVP端电压降到1.25V阈值以下时,电流源被禁止,使OVP端电压迅速降下。

  (4)基准电压源

  REF端输出5V,为线性稳压器,它用来偏置光耦的三极管及外部的管理电路,输出电流为15mA,REF端需去耦瓷介电容,容值为0.1~10μF。

  (5)振荡器及外同步输入

  LM5046的振荡器频率设置用一支外部电阻接于RT和AGND之间。RT电阻将紧靠IC,设置频率的电阻RT计算如下式:

  例如,振荡频率为400 kHz,对每一相为200 kHz,RT的值为25 kΩ,如果LM5046由外部时钟同步,信号必须耦合到RT端要由100pF电容隔开,RT端电压通常为2.0V,外同步脉冲的幅度应在3.5~5V,由低到高电平的传输,同步脉冲的宽度为15~200ns。RT电阻永远需要,无论是自由振荡还是外同步,SYNC频率必须等于或大于RT设置的频率。当外同步时,推荐加入斜率补偿,其系从VCC到CS端加入一支电阻,还要禁止SLOPE端接AGND。

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