1、TEA1752GreenChip TEA1752:PFC 和反激式控制器集成电路 Rev. 01 16 JULY 2010 应用 文件信息信息 内容关键词 绿色芯片，TEA1752,PFC,反激，高效，适配器，笔记本，PC 电源摘要 TEA1752 是新一代功率因数校正（PFC）控制器和反激式(FLYBACK)开关电源控制器集成在一起的 IC。用于率高开关电源。它集成度高，外接元件少可用于设计低成本电源。TEA1752 用一个硅绝缘（SIO）工艺制造。NXP SIO 可制作宽电压范围。1.概述: TEA1752把功率因数校正（PFC）控制器和反激式(FLYBACK)开关电源控制器集成在一个SO
2、-16封装的集成电路上。这两个控制器均工作在准谐振（QR）非连续传导模式（DCM）和谷值检测方式。每个控制器的开关是独立的。PFC的输出功率可以简单的由导通时间控制，不必对主电压相位取样。反激输出功率是电流控制模式，可以很好的抑制输入纹波电压。两个控制器的通信被集成好不必调整。在本应用中提到的电压电流是典型值。各脚的电平详细说明可从TEA1752T-LT的数据表中查出。1.1范围本应用指南描述 TEA1752 的控制功能和在变换器应用中需要调整。 PFC 和反激式功率级的大信号部分的电感和变压器的设计在一个单独的应用说明中做描述。1.2 TEA1752 GreenChip控制器GreenChi
3、p的特征是让电源工程师可以用最少的外部元件设计出可靠的、低成本、高效的开关电源。1.2.1关键特征PFC和反激控制器集成在一个SO-16的封装内。PFC和反激控制器的开关频率是相互独立的。二者之间的通信不需要外部硬件。由于集成度高，所以，所需外部元件少。集成了主电压使能和掉电保护功能有快速锁存复位功能。1.2.2系统特征有系统故障安全再启动模式。 高压启动电流源（5.4mA）。在安全再启动模式时高压电流源减少到1 mA。宽V CC范围（38V）。限定MOSFET驱动电压。容易控制的启动特性和V CC电路。通用输入的锁存保护。片内有过温保护。在HV脚和下一个功能脚之间有一个高压防护用空脚。在VI
4、NSENSE, VOSENSE, PFCAUX, FBCTRL 和FBAUX 脚都有脚开路保护功能。1.2.3 PFC部分特征两种输出电压升压变换器。QR/DCM均工作在谷电压开关状态。频率限制(250KHz)以减少开关损耗和电磁干扰（EMI）。导通时间Ton受控。采用主输入电压控制回路补偿以达到良好的瞬态响应。过流保护（OCP）。软启动和软停止。不需要外部电路就具有对PFC反馈回路部分进行开路/短路检测功能。1.2.4 反激部分特征QR/DCM均工作在谷电压开关状态。用降低频率和固定最小峰值电流及谷电压开关以保持高效率，同时保证在轻负载时没有音频噪声。频率限制(125KHz)以减少开关损耗和
5、EMI。电流模式控制过流保护（OCP）。软启动。通过辅助绕组可获得精准的过压保护（OVP）。输出过载和反激反馈环路开路超时保护，可作为安全再启动（TEA1752T）或锁存（TEA1752LT）保护。1.3 应用示意图图1显示了完整功能的 TEA1752应用原理。图1 应用示意图2.管脚描述 符号 引脚 功能VCC 1 电源电压：Vstartup=22V,V th(UVLO)=15V。当主电接通接在该脚的电容器被内部电流源充电到Vstartup 启动。当该脚电压低于0.65V充电电流被限制在1mA，这是防止Vcc脚短路使IC过热。当该脚电压在0.65V和V th(UVLO)之间时，充电电流为5.
6、4mA使IC快速启动。当该脚电压在V th(UVLO)和Vstartup之间时，充电电流又回到1mA，这样在输入电源故障时可以减小安全再启动占空比。这样在故障时可减小输入功率。当电压升到Vstartup电流源被关闭，并且Vcc调到Vstartup直到反激部分启动。见3.2节，完整的启动顺序说明。GND 2 接地FBCTRL 3 反激控制输入直接连接光耦。2V控制电压时反激变换器提供最大功率。在1.5V控制电压时反激变换器进入频率减小模式并。在1.3V时反激变换器也停止开关。内部有一个30A电流源连接到此脚，它由内部逻辑控制。当检测到控制环开路或输出电压短路此电流源可以用来实施一个超时功能来保护
7、电源。在GND和此脚之间接一个100K电阻可使超时功能失效。FBAUX 4 此脚接变压器的辅助绕组用来检测变压器的去磁，主电的过功率保护（OPP）和反激的过电压保护(PVP)。和去磁检测相结合并且在HV脚的谷电压检测确定谷电压时反激变换器导通时刻。当300A电流流入此脚便认为输出过压(OVP)。为了防止误判OVP内部有滤波部分。当反激OPP功能启动此脚有-100A电流流出。LATCH 5 通用的锁存保护输入。当1脚达到Vstartup电平在PFC和反激变换器使能前此脚先被充电到1.35V。此脚电压低于1.25V可触发锁存保护。并且PFC和反激变换器被禁止。一个内部80A电流源被连接到此脚，并受
8、内部逻辑控制。在此脚接一个NTC电阻可实现温度保护。PFCCOMP 6 PFC控制环的频率补偿脚VINSENSE 7 主电压的取样输入。此脚有5个功能： 主电使能电平：V start（VINSENSE） =1.15V； 主电停止电平（掉电）：V stOP（VINSENSE） =0.89V； PFC控制环增益带宽的主电电压补偿； 快速锁存复位：V flr=0.75V; 两种升压切换点：V bst（DUAL） =2.2V在VINSENSE脚的电压必须是DC平均值它，代表AC线电压。主电使能和停止将使能和禁止PFC。此脚不是取样主电相位。PFCAUX 8 来自PFC电感的辅助绕组信号用来获取去磁时间
9、并且检测谷电压来控制PFC开关。辅助绕组需要接一个5K电阻防止雷电造成损坏。VOSENSE 9 PFC 输出电压取样输入。VOSENSE脚，开环和短路检测：V th（ol）（VOSENSE） =1.15VPFC输出电压调整：V reg（VOSENSE） =2.5VPFC软OVP（逐周）：V OVP（VOSENSE） =2.63V控制PFC的输出电压，双种升压电流：I bst（DUAL） =-15A。翻译到此FBSENSE 10 反激变换器电流取样输入。此脚测量加在三个电阻上的三个电压和。选择适当的电阻值： 防止或减少了反激变压器饱和的危险 允许 PFC 使能或关闭做一些微整 允许系统独立运行线
10、电压在dV / dt = 0mV/s时，Vsense(fb)max的最大值设置电平为0.63。在dV / dt = 0mV/s时，Vsense(fb)min的最小值设置电平为0.30。当反激变换器工作在降频模式时通过反激变压器使变换器工作在固定峰值电流状态。有两个内部电流源Istart(soft)fb 和 Iadj(FBSENSE)连接到此脚。Istart(soft)fb 是一个60A的内部电流源，它被内部逻辑控制。此电流源用来执行反激部分的软启动功能。反激式开始时，只有内部电流源可以向软启动电容充电至超过0.63电压V 。为确保反激电路启动最小的软启动电阻不能小于16K。电流源Iadj(FB
11、SENSE)是3A。它的目的是支持调节PFC的使能和禁止。PFCSENSE 11 PFC过流保护输入。此输入是用来限制PFC电感中的最大电流，此脚（PFCSENSE）是逐周保护，在 dV/dt = 50 mV/s，电压超过0.52V时PFC的MOSFET被关断。内部有一个60A的电流源连接此脚，它被内部逻辑控制。此电流源用来执行PFC的软启动和软停止功能防止产生音频噪声。当内部电流源给软启动电容充电使其超过0.5V时PFC将启动。因此，为确保PFC启动最小的软启动电阻不能小于12K。PFCDRIVER 12 PFC 的MOSFET栅极驱动输出。FBDRIVER 13 反激控制的MOSFET栅极
12、驱动输出。PFCTIMER 14 当反激变换器负载变为最小或突然去掉，TIMER脚延时PFC关断。当 加在此脚上的电压低于( 1.27 V)时PFC使能，加在此脚上的电压高于( 3.6 V) 时PFC被禁止。HVS 15 高压安全隔离管脚，空脚。HV 16 内部启动电流源的高压输入（输出在1脚），此脚还有反激谷电压采样功能。FBAUX脚的去磁检测和HV脚的谷电压检测相结合可确定反激电路在谷电压时的开关时刻。3.系统描述和计算 3.1 PFC和反激部分启动条件图2，图3给出了PFC和反激部分的使能条件。遇有启动问题通过这些条件可以找到问题原因。一些条件是动态信号（见图4）应该用示波器检查。图2
13、PFC启动条件 图3 反激部分启动条件3.2 启动顺序在低输入主电压情况，电源开关接通，TEA1752供电有如下启动程序（见图4）：1 HV电流源设定在1.0mA并且Vcc外接电容（elcap）被充电到 0.65V；这可以检测Vcc脚的短路否。2 Vcc=0.65V，HV电流源被设定在5.4mA并且Vcc外接电容（elcap）被快速充电到VTH(UVLO)。3 Vcc= VTH(UVLO), HV电流源又一次被设定在1.0mA并且Vcc外接电容（elcap）被充电到Vstartup。4 在Vstartup，HV 电流源被关掉，这时 LATCH脚的80A电流源接通向接在LATCH脚的电容充电。同
14、时，PFCSENSE和FBSENSE的软启动电流源被接通 。5 当LATCH脚被充电到 1.35V,同时VINSENSE达到1.15V时PFC 和反激部分才有可能开始开关功能。6 PFC使能必须满足4个条件，在PFCSENSE脚的PFC 软启动电容必须充电到0.5V，并且VOSENSE脚的电压必须大于1.15V，连接在PFCCOMP 脚的电容充电到3.5V并且fsw(fb)swon(PFC)必须大于 86KHz。注：在 TEA1752（初始）启动时最后一个条件是自动满足的。在 PFCTIMER 引脚这可以被测量到。在内部它被强制到低电压，这意味着 PFC 被启用。7 接在 FBSENSE 脚的
15、软启动电容也必须充电到 0.63V 并且 FBCTRL 脚的电压必须小于 4.5V，反激部分才能使能。通常，在第一个反激周期 FBCTRL 脚的电压总是小于 4.5V，除非 FBCTRL 脚开路。在反激启动时瞬间，FBCTRL 超时电流源被接通。8 当反激已达到其标称输出电压，那么，IC 的 Vcc 供电被辅助绕组接管。如果出于一些原因，反激式反馈回路信号出现错误，则在 FBCTRL 脚的超时保护被触发，PFC 变换器和反激式变换器被关闭，Vcc 将降到 VTH(UVLO) ，IC 将回到第 3 步的启动周期继续操作。这是安全再启动周期。图 4 低主输入电压时的启动程序对于PFC和反激部分的软
16、启动电容的充电时间可分别由他们的电容值分别独立设定。这种方法可以实现PFC先于反激部分启动。3.3 在安全再启动保护时的Vcc 周期在安全再启动模式中，控制器将执行3.2节中所说的3到8步。3.4 主电压取样和欠压主输入电压的测量是通过VINSENSE脚进行。当VINSENSE脚的电压达到1.15V的Vstart（VINSENSE ） 电平并且其他的启动条件也得到满足PFC可以工作，见3.1节。当VINSENSE脚的电压降到低于0.89V 的Vstop （VINSENSE） 电平，PFC 停止工作。反激部分继续开关直到反激最大导通保护t on(fb)mas40S被触发。当保护被触发，IC停止开
17、关并进入安全再启动模式。在VINSENSE脚的电压必须是DC平均值，代表主输入电压。在VINSENSE 脚用约150mS的时间常数使系统工作最佳。在VINSENSE脚用一个长的时间常数可防止主输入电压降低时PFC快速再启动，因此，VINSENSE脚的电压被钳位在低于Vstart （VINSENSE ）100mV电平，这是为了保证主输入电压恢复后快速PFC再启动。图5 VINSENSE电路3.4.1 主输入电容放电为安全起见，在EMC滤波中的 X滤波电容放电时间常数必须小于1秒。（见参考文献1。 ）R是在输入滤波中给X电容放电，R的值用R1+R2代替。在90W的适配器应用中Cx1=220nF,
18、R1+R2 的值必须小于或等于下述值：R=R1=R2在 RV 的值必须低于或等于以下：3.4.2 欠压电压调整通过R1，R2测量输入电压。每个电阻交替测量半个正弦波，所以，两个电阻必须有一样的值。在R1，R2取样平均电压用如下公式（2）计算：（2）V（AC）欠压RMS按如下式（ 3）计算：这里Vstop(VINSENSE) = 0.89 V68V（AC）欠压阈值符合 IEC - 60950 章 2.1.1.7（注释 1）“设备中电容器放电”。 标准（见 Ref.1），实例如表 2 所示。C20选3.3F，R4选47K，建议 VINSENSE脚的时间常数为150mS。3.5 内部OTP该集成电路
19、具有内部温度保护，以保护集成电路由于在 Vcc 脚过载而导致的过热。当结温超过热关断温度，IC 将停止开关。只要 OTP 被激活，Vcc 脚的电容不会被 HV 脚的主电充电。如果 Vcc 供电不足，OTP 电路将由 HV 脚供电。 OTP 是锁存保护。3.6 锁存脚LATCH脚是通用用途的输入脚，它可锁存 PFC和反激变换器使他们关断。此脚源出一个80A电流I O(LATCH)流人接在该脚的 NTC。当此脚电压被拉到低于1.25V，PFC和反激变换器将立即关断停止工作。Vcc将启动V TH(UVLO)和V startup之间的周期，无再启动。主输入电压的电源开关打开和关断将触发快速锁存复位电路
20、，并且复位锁存器。（见3.7章）启动时，在PFC和反激控制器使能前LATCH脚首先被充电超过1.35V。LATCH脚的充电在V startup开始。在LATCH脚没有内部滤波。所以，此脚和 GND之间必须接一个10nF电容防止假触发，此脚功能不用时也必须接电容。图6 LATCH脚保护功能的使用当过温时NTC和与其串联电阻之和如下式所示：光耦的光晶体管导通电流大于80A ，光耦触发锁存器。3.7 快速锁存复位当主电的电源开关接通和断开时能复位锁存保护。在当主电的电源开关断开后，VINSENSE脚电压降到低于V FLR(0.75V)将触发快速锁存复位电路，但是不复位被锁存了的保护。当主电的电源开关
21、接通，VINSENSE脚电压增加，当电压超过0.85V ，锁存器被复位。当Vcc脚充电到V startup系统将复位 。见3.2节的第4 步。4. PFC 的描述和计算 PFC 工作在准谐振或非连续模式时用谷电压检测来减少开关损耗。为减小开关损耗 PFC的最高开关频率被限制在 125KHz。必要时为保证频率不超过 250KHz 跳过一个或较多的谷电压。TEA1752的PFC被设计成在主电输入电压范围内有两种输出电压的升压变换器。两种输出电压升压的优势是在低主电压时可改善整个系统效率减少PFC的开关损耗。在中低功率适配器（120W）PFC的损耗在总损耗中所占比例较高。两种输出电压通过VOSENS
22、E脚内部15A电流源来控制。如图7所示，通过测量VINSENSE脚的主输入电压控制内部电流源，电流源和VOSENSE脚的电阻结合设定了PFC的低输出电压。在高主输入电压时此15A电流源被断开。因此，最大PFC的输电压不受精密电流源影响。在典型的适配器中在主电高时PFC输出电压是385V(DC), 在主电低时PFC输出电压是250V(DC)。在VINSENSE脚的2.2V 电压对应主输入电压约 180V(AC)。小斜率传递函数确保稳定的PFC的输出电压切换没有打嗝现象。图 7 VINSENSE 脚两种升压电流的 VINSENSE 传递函数电压在低输出负载时，PFC 被关断以保持高效率和在无负载时
23、待机输入功率。当开关关断后 PFC 输出电压降低到 Vac1.414。4.1 PFC 输出功率和电压的控制TEA1752 的 PFC 被控制的是导通时间，因此，不必测量主电的相位角。为了获得好的功率因数和减少谐波（MHR）达到 D 级标准在半个正弦波内导通时间保持为常数；见参考。通过 VOSENSE 脚控制 PFC 输出电压。在 VOSENSE 脚有一个跨导误差放大器和一个 2.5V的参考电压。在 VOSENSE 脚这个误差被变换成 80A/V 进入 PFCCOMP 脚。在 PFCCOMP 脚的电压和 VINSENSE 脚的电压相结合决定 PFC 的导通时间。图 8 PFC 导通时间控制为稳定
24、 PFC 控制环，在 PFCCOMP 脚接入由一个电阻和两个电容构成的网络。升压变换器的传递函数的数学方程包含主输入电压的平方。在典型的应用中，这将导致在低的主电输入电压时有低的调节带宽，在高的主电输入电压时有高的调节带宽，因而，在高的主电输入电压时符合 MHR 是困难的。TEA1752 通过测量 VINSENSE 脚电压而达到测量主输入电压的目的，来补偿控制环增益使主输入电压运行正常。其结果在整个输入电压范围增益将是常数。在 VINSENSE 脚的电压必须是直流平均值，代表主输入电压。VINSENSE 脚的系统优选时间常数是 150mS。4.1.1 设定 PFC 输出电压在 PFC 输出和 VOSENSE 脚之间接入电阻分压器便可设定输出电压。在正常 PFC 模式，
