集成MOSFET驱动器的全桥移相控制器-LM5046

摘要：新推出的全桥移相控制器LM5046，全桥变换器的全部功能，LM5046组成的全桥DC-DC基本电路，内部等效电路。而其具备28个PIN脚功能，文中一一有分解说明。
关键词：全桥移相控制器L345046；28个PIN脚功能

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<UVLO<1．25V)，提供软关断功能。
    (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。(未完待续)