新颖电压型有源箝位正激控制IC-LM5027

摘要：文中详细介绍了电压型有源箝位正激控制IC-LM5027的特点、引脚功能、工作原理及应用电路。LM5027包含了很多新技术特色，除基本的有源箝位正激电路的常规功能之外，还增加了三个输出信号之间的埋单延迟调节，从而能更好地实现低EMI和高效率的功率变换。
关键词：LM5027；脉宽调制；电压前馈；打呃

LM5027脉宽调制器的主要特点有：电压型控制，加入电压前馈功能；内部105V的高压启动源；可调节的欠压关锁；两种模式的过流保护方法；可调节的伏秒积限制；可调节的软起动时间；可调节的同步整流器驱动的起动和停止；精准的0．5V过流比较器；电流检测功能加入前沿消隐；可调的两输出之间的延迟时间，以达到ZVS开关。
LM5027的基本应用电路如图1所示。

1 引脚功能介绍
LM5027的20个引脚功能如下：
1 PIN VIN：高压起动源输入，输入工作电压范围为13～90V，最大耐压为105V，LM5007也可以从VCC直接给外偏置源。
2 PIN RAMP：电压前馈调制端，外部从VIN接一RC电路，设置PWM斜波斜率，在每个周期结束时放电，如果此端电压超过2．5V，即限制最大伏秒积到变压器初级。
3 PIN TIME3：延迟调节，外部接一个电阻，设置主箝位输出的重迭延迟，RTIME3电阻接于此端到AGND，设置OUTA关断到OUTB开启的脉冲延迟。
4 PIN TIME2：延迟调节2，外部接一支电阻设置OUTSR输出的重迭延迟，RTIME2接于此端到AGND，设置OUTA关断到OUTSR开启的脉冲延迟。
5 PIN TIME1：延迟调节1，外部接一支电阻设置箝位输出的重迭延迟，RTME1电阻接于此端到AGND，设置OUTB和OUTSR关断到OUTA开启之间的重迭延迟。
6 PIN AGND：IC的模拟地，直接接到PGND。
7 PIN RT：振荡频率设置及外同步输入，通常内部放大器偏置在2V处，外部接一电阻到AGND，设置振荡频率，外部送入高于内部振荡器频率时即同步到外部频率。
8 PIN COMP：接到脉冲宽度调制器处，外部反馈光耦，直接接在此端，经内部NPN电流镜源入电流，PWM占空比在零输入电流时最大，在1mA电流送入时占空比为0，电流镜可以改善频率响应．它减少了光耦中光电三极管的AC电压。
9 PIN REF：输出5V的基准电压源，最大可供出10mA电流，外接0．1μF电容旁路去耦。
10 PIN OUTB：输出驱动器，外部驱动箝位MOSFET(P型)的栅，源出漏入电流能力为1A。
11 PIN OUTA：输出驱动器，外部驱动功率MOSFET (N型)的栅，源出漏入能力为2A。
12 PIN OUTSR：控制二次恻同步整流的MOSFET的栅，源出漏入电流能力为3A。
13 PIN VCC：IC起动稳压器的输出，即内部高压起动源的输出，起动时为9．5V，正常运行时为7．5V，如果外接辅助绕组整流的电压要略高于此电压，此时内部高压起动源将关闭，以减小IC功耗。
15 PIN CS：电流检测输入端，在IC内作逐个周期式限流，如果CS端电压超过500mV，IC输出驱动将终止，进入逐个周期式限流模式，在CS端电压降下后100ns主输出OUTA开关变为高电平，消隐前沿。
16 PIN SS：软起动输入，内部一个20μA电流源给此端外部软启动电容充电，设置软启动速率。
17 PIN RES：重新启动时段。如果逐个周期式限流电平在任何一个周期中达到，一个22μA电流源流进RES电容，如果RES电容电压充电到1.0V，就开始打嗝模式，SS和SSSR电容即放电，控制器输出终止RES电容上的电压在4V和2V之间抖动八次，第八次之后SS端电容被释放，开始正常的启动顺序。
18 PIN SSSR：同步整流器输出的软起动。一支外部电容和内部25μA电流源来设置同步整流器输出(OUTSR)的软起动斜波。
19 PIN OTP：过热保护。OTP比较器用于过热关断保护，外部接一个NTC热敏电阻分压器来设置关断温度。OTP比较器阈值为1．25V。窗口当OTP端电压超出阈值时，由内部电流源20μA流入外部电阻分压器。
20 PIN UVLO：路线欠压锁定，外部从VIN处接一个电阻分压器来设置关断点及待机比较器的电平，VCC和REF两个稳压器在UVLO达到0．4V时关断，而UVLO为2V时，SS端被释放，器件重新工作。窗口由内部电流源(20μA)和外部分压器电阻设置。
2 内部结构及功能
2．1 高压起动源
LM5027 IC内部有一个高压起动稳压器。它的VIN端可以直接接到线路输入电压(100V)稳压器输出电流限制在55mA，当UVLO端电压超过0.4V时。VCC稳压器使能，接到VCC外部的电容充电，VCC稳压器再提供能量给电压基准REF及三个栅驱动输出。当VCC电压达到9.5V时。控制器的输出使能，内部基准达到5V稳压点。UVLO端电压大于2V。OTP电压大于1.25V，输出驱动进入正常运转，除非UVLO低于2V。OTP端降到1.25V以下。VCC电容值取决于系统设计和启动特性，标准值为0．1～100μF。在典型应用中变压器辅助绕组必须能经过二极管到VCC的电压达到2．5～7．5V。经过辅助绕组供电可以改善效率，减少控制IC的功耗。此时高压起动源关断，如果直接使用外部供电源可以将VIN和VCC接在一起。
2．2 线路欠压检测器
LM5027有两个电平检测的UVLO电路。当UVLO大于0．4．V，但还低于2V时，控制器处于待机模式。此时VCC和REF两个稳压器激活，但控制器的输出还被禁止。这个特点使LM5007用于遥控功能。令UVLO低于2V时，LM5027进入软关断程序。0．4V的关断比较器有100mV的窗口。当VCC和REF输出超过其给定的欠压阈值。UVLO端电压也大于2V。OTP端电压大于1．25V时，控制器输出使能。进入正常工作。外部电阻分压器从VIN接到GND，可以用来设定最小工作电压。此时的UVLO必须大于2．0V。如果此值满足，则三个输出都被禁止。UVL0的窗口由内部20μA电流源决定。
2．3 逐个周期式限流
CS端由变压器初级电流的代表信号驱动。如果CS端电压超过0．5V。电流检测比较器就会终止三个输出驱动脉冲。占空比取决于该比较器，替代了PWM比较器用一个小RC滤波器接到CS端以抑制噪声。内部5Ω的MOSFET在每个周期结束时，会放掉CS外部电容上的电荷。在OUTA驱动器开关为高电平的30ns之前。放电MOSFET的内部处于导通状态。以消隐电流检测电路的前沿瞬态。在每个周期中，CS端放电，消隐前沿尖峰可以减小对滤波的需要，并改善电流检测的响应时间。电流检测比较器动作非常快。并在噪声脉冲期间迅速响应。
2．4 重新起动时间延迟(打嗝模式)
LM5027提供一个限流重新起动时段去禁止输出。并强制其延迟重新起动，如果重复检测到了限流条件，将有数个逐个周期式限限流动作，此时去触发重新起动，其采用在RES端放一个电容来实现，在每个PWM周期内，LM5027从RES端或者源出或者漏入电流，如果没有限流条件检出。漏入5μA电流将RES端电平拉到GND。如果检出限流条件，则禁止此5μA漏入电流，而是源出22μA电流使RES端电压大幅增加。如果RES端电压达到1V阈值，就出现下面的重新起动过程：
◇SS和SSSR电容全部放电。
◇RES 20μA电流源关断，5μA电流源开启。
◇RES端电压允许充到4V。
◇当RES端电压达到4V时，5μA电流源关断，5μA电流漏开启。RES端电容电压下降到2V。
◇RES电容电压在2V和4V之间往返八次。
◇当次数到八次时，RES端电压拉下，软起动电容被释放，开始软起动程序。SS电容电压慢慢增加，当SS端电压达到1V时，PWM比较器将产生第一个窄脉冲在OUTA处。
◇当SS端电压达到4．0V时，SSSR端被释放，以25μA电流源充电。同步整流器软起动进入运转期。
◇如果过载条件在重新起动后仍存在。逐个周期式限流又将开始，并增加RES端的电容电压，重新进入打嗝模式。
◇如果过载条件在重新起动后，没有延长，则RES端将帮助以5μA电流漏放电到GND，恢复正常工作。