全集成、部分集成和分立開關電源方案比較分析
b. 射極開關控制
基于成本考慮,設計工程師有時希望采用雙極型晶體管來作為帶射極開關控制的高電壓開關,如圖5所示。Q1的基極在關斷狀態下被箝位在一個安全電壓上,因此Q2上所加的電壓為箝位電壓減去Q1的Vbe (0.7V)。為打開Q1,先打開驅動場效應晶體管 Q2,然后基極電流再流進Q1與Q2。起始基極電流由電容C1提供,直至Q1完全飽和。導通期間的基極電流由Vdd通過電阻R1及Q2的導通電阻提供。為關斷Q1,先關斷Q2以迫使集電極電流從基極流向充電電容C1,從而將Q1關斷。
采用射極開關控制,除具有源極開關控制的優點外,還具有以下兩個優勢:由于集電極電流遠大于基極電流,故與傳統基極開關方法相比,可以以高得多的速率來消除過量載流子,這能極大地加速關斷過程;(2) 射極開關關斷下的Q1反向偏置安全工作區要遠大于采用柵極關斷時的反偏安全工作區,這是因為當射極關斷時沒有射極電流,故集電極-射極擊穿電壓BVCEO變成BVCBO,而在基極開關方法中,BVCBO通常都要高于BVCEO極限值。
C. IC/分立器件方案
我們建議的方法采用源極開關方法來控制高壓MOSFET,Q1的柵極通過ZR1被箝位在一個高于閥值的電壓上。在采用低壓MOSFET的開漏極配置中,源極與IC輸出相連。采用源極開關技術可減少引腳數,因為輸出引腳還用于檢流。通過將FB引腳與偏壓引腳合并,可以采用TO-92塑料封裝,器件只有三個外部引腳,從而減少IC成本及對PCB空間的占用。
這種器件可減少外部器件數,進而減少系統成本及空間。PWM控制器集成了振蕩器、檢流、參考電壓等。反饋電壓通過一個內部電壓分配器從BIAS輸入上獲得。BIAS電壓由電流源提供,并受電源輸出電壓的調整,通常用一個與輸出耦合的光耦來實現。
全PWM功能可以通過3個外部連接來實現:SW端、BIAS/FB端及GND端。3端組合及低電壓工作可使IC采用TO-92等小型封裝,以便用于通孔安裝。類似低成本封裝亦可用于表貼安裝,這能極大地減少電源IC的成本及PCB面積。
d. 啟動過程
啟動時,高電壓晶體管Q1的漏極電流通過控制器U1的內部電阻電路及外部電阻R3對電容C4充電(圖3)。當Bias/FB端子上的電壓達到工作電平時,IC即開始以不斷增加的占空比產生PWM脈沖,直至輸出電壓達到其預定值。然后,再對占空比進行調整以便調整輸出電壓。一旦控制器開始工作,內部電阻即被IC切斷,而轉由偏置線圈給IC提供偏置。
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