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TDA16846开关电源详解

发布时间:2009-02-19 19:34:38  来源:资料室    作者:   更新20210304 131918

1.简介
l 是开关式电源控制集成IC,支持低功率待机模式,并具备功率因数修正功能。
l 低功耗/稳定和可调节的待机频率/很低的启动电流/软启动功能。
l 可工作于同步方式或固定频率方式。
l 内含一系列的比较器/保护电路/控制电路。
为了在轻负载时提供低的功耗,IC 会随着负载的降低不断地减少开关频率,最低可处于待机模式的20KHZ;
为了避免电源工作时的开关冲击,外接的开关管总是在最低的电压下进行切换;有供电过压保护、欠压保护、
电网过压保护、限流保护等等;通过内部误差放大器或者外接的光耦取样可进行稳压控制;开关管可采用MOSFET
(金属氧化物半导体场效应晶体管),也可采用双极型的功率晶体管。
2. 外部框图与引脚说明

OTC Off Time Circuit 关断时间电路

2

PCS Primary Current Simulation 初级电流模拟输入

3

RZI Regulation and Zero Crossing Input 过零检测与调整输入

4

SRC Soft-Start and Regulation Capacitor 软启动与调整电容

5

OCI Opto Coupler Input 光耦输入

FC2 Fault Comparator 2 故障比较器2

7

SYN Synchronization Input 同步输入

NC Not Connected 空脚

9

REF Reference Voltage and Current 参考电压和电流

10

 FC1 Fault Comparator 1 故障比较器1

11

PVC Primary Voltage Check 初级电压检测

12 

GND Ground

13 

OUT Output 开关脉冲输出

14

VCC Supply Voltage 供电
 
注:TDA16846(8)脚为空脚。而TDA16847 多了一个附加的功能,其(8)脚为PMO(Power measurement
Output)功率检测输出,可用于暂时的高功率电路。

3. 内部框图

                                                                    图1

英文注释: Fold Back Point Correction 反馈点校正;PVA 初级电压放大器;Primary Voltage Check 初级
电压检测;Control Voltage控制电压;Limit限制;Off Time Comparator关断时间比较器;RSTC/RSTF振铃
抑制时间电路;Error Amplifier 误差放大器;Error Flipflop 错误触发器;Buffer for Control Voltage
控制电压缓冲器;On Time Comparator导通时间比较器;On Time Flipflop导通时间触发器;Output Driver
输出驱动器;Zero Crossing Signal 过零信号;Startup Diode 启动二极管;Overvoltage Comparator 过压
比较器;Supply Voltage Comparator供电比较器。
4.基础知识与引脚功能

     

 

 

                                                               

输入为A 和B,输出C=A+B。                                          输入为A 和B,输出C=A*B。
当输入都为低电平时,输出                                             当输入都为高电平时,输出
才为低电平;只要有一个输                                             才为高电平;只要有一个输
入为高电平,输出就为高电平                                         入为低电平,输出就为低电平
 

PIN 14:VCC 供电脚

                            图2                                                                                            图3

图2为启动电路;图3为启动电压过程图,图中Von和Voff为供电比较器的上门限和下门限,Startup启动,Operation正常工作
 

启动过程
开机后,整流滤波后的300V电压,经R2,从IC(2)初级电流模拟输入脚进入,内部二极管D1导通,对
IC(14)供电脚外接电容C14 进行充电。当V14小于供电比较器SVC 的上门限15V 时,输出电流I14小于100
μA,IC 不启动,IC(13)驱动输出脚和(4)控制输出脚处于低电位,开关管截止;当V14超过供电比较器SVC
的上门限15V 时,SVC 输出高电平,TDA16846 开始启动,I14 迅速增加,启动后(2)脚电压将会降低,D1 截止,于是IC(14)供电脚电压将由变压器次级绕组产生的电压通过外部D14 整流后提供。厂家推荐在该脚外
接的电解电容并联一个小容量的缓冲电容,比如100nF。


保护功能(见图1,即内部框图)
l 该脚电压大于16V时,内部的过压比较器OVC输出高电平,经或门G4输出高电平,接到错误触发器
的输入S 端,再由错误触发器Q 非端输出低电平到与门G3,最后G3 输出低电平经输出驱动器给IC
(13)脚,故开关管截止,所以(14)脚具有诸如负反馈失效,振荡过强,次级电压的过压保护。
l 该脚电压小于8V 时,供电比较器SVC 输出低电平给与门G3,由与门输出低电平经输出驱动器给IC
(13)脚,故开关管截止,所以(14)脚能对振荡过弱、输出电压过低,诸如负载短路起保护作用。
 

PIN 2:初级电流模拟输入及过流限制脚

                                                         图4


该脚电压与开关管的电流成正比,外接电阻R2 和电容C2(见图2),V2=1.5V+Lprimary*Iprimary/R2*C2。
(Lprimary为变压器的初级绕组的电感量,Iprimary 为开关管的初级电流)。On Time Comparator 导通时间比
较器-端为控制电压,该电压的最大值为IC内部的参考电压5V,开关管的最大初级电流为IMprimary=3.5V*R2*C2/
Lprimary,IC 内部误差放大器、第(5)脚外接光耦调整输入或者第(11)脚反馈点校正电压都可以对控制电
压进行控制,从而控制开关管的导通时间。
l 当On Time Flipflop 导通时间触发器Q端输出高电平时,经I1 反相器后变为低电平,1.5V切换开关截止,
300V 通过R2对(2)脚外接C2 充电,即On Time Comparator 导通时间比较器+端被充电,当其正端大于负
端(负端为控制电压:5V 左右)时,比较器输出高电平接到On Time Flipflop 导通时间触发器的R 端,最
后使得On Time Flipflop 导通时间触发器Q 端由原先的高电平1 变为低电平0(过程如上图箭头标示),
所以C2 被充电到大于控制电压的时间长短和控制电压的大小决定了开关管的导通时间;
l 当On Time Flipflop 导通时间触发器Q端输出低电平时,经I1 反相器后变为高电平,1.5V切换开关导通,
(2)脚外接C2 被放电至1.5V,即On Time Comparator 导通时间比较器正端被放电,当其正端小于负端(负
端为控制电压:5V 左右)时,比较器输出低电位接到On Time Flipflop 导通时间触发器的R端,最后使得
On Time Flipflop 导通时间触发器Q 端由原先的低电平0 变为高电平1。
如此TDA16846 正常工作时,On Time Flipflop 导通时间触发器Q 端一直处于高低电平的变换过程,从而
控制了与门G3 的输出,再经Output Driver 输出驱动器放大,最后由(13)脚输出高低电平变化的开关脉冲
给开关管.

 PIN 11:初级电压检测脚
该脚电压一般由300V 直流电压分压得到,可用于对电网电压的检测,配合图1,即内部方框图分析如下。
l 电网欠压保护:当该脚电压小于1V 时,Primary Voltage Check 初级电压检测器输出高电平,经或门G4 输
出高电平,接到错误触发器的输入S端,再由错误触发器Q非端输出低电平到与门G3,最后G3 输出低电
平经输出驱动器给IC(13)脚,故开关管截止。
l 电网过压保护:当该脚电压大于1.5V 时,Fold Back Point Correction 反馈点校正器输出低电平,D5 正
向导通,控制电压将减小,开关管的导通时间减少,开关电源输出电压降低,所以实际上是以过流保护的
形式实现了对电网电压的过压保护。电源最大初级电流为IMprimary=(4V-V11/3)R2*C2/ Lprimary。


PIN 1:关断时间电路

                                        图5

                                                图6
 工作过程:开关管截止时,IC 内部恒流源产生的电流I1(约1MA) 对该脚的外接电容C1 进行充电直 到3.5V(见图6),充电的时间TC1 ≈C1*1.5V/1mA; 开关管导通时,电容C1 被充 电到3.5V 后内部电流源断开,C1 通过电阻R1 放电。该脚内部接在 关断时间比较器(OFTC)的负端, 而OFTC 的正端则接Control Voltage 控制电压,电压被限制在 最低值2V(目的:轻负载时稳定频 率)。 当导通时间触发器ONTF 处于 设置状态时,如果关断时间比较器 OFTC 输出高电平,IC(3)脚上的电 压少于25mA(即Zero Crossing Signal 过零信号输出高电平),则 可以保证开关管切换在最低的电 压值。如果没有过零信号加到 IC(3)脚,则开关管将经过延时直 到V1 降低到1.5V 后才导通。由于 开关管由导通变为截止时,来自变 压器的寄生振荡会产生错误的过 零信号传到IC(3)脚,所以此时只 要V1 高于经过限幅的控制电压, OFTC 将输出低电平,使导通时间触 发器ONTF 失去抑制IC(3)脚的错 误过零信号的能力。

当IC(1)脚的电压V1 小于受限制的控制电压时,有如下对应关系表。

控制电压  输出功率 关断时间TD1
1.52V 常数(TD1MAX,固定的待机频率
23.5V   减小
3.55V 最小

 可见当控制电压小于2V时,输出功率
低,关断时间最大且为常数,TD1MAX≈
0.47*R1*C1

PIN3: 过零检测与调整输入 /PIN4: 软启动与调整电容

                                                         图7
 

 

 

                                                              图8
 

 如图7 所示,IC内部有一个Error Amplifier 误差放大器,由开关变压器次级绕组感应到的开关脉冲经过
R31 与R32 分压后,送到IC(3)脚,即误差放大器的负端。当输出电压较高时,如(3)脚的脉冲电压大于5V,
误差放大器将输出低电平,二极管导通,经过C4 平滑后,参考电压Vreg变低,此参考电压通过控制电压缓冲
器BCV使控制电压也变小,因此输出电压将自动调低;反之输出电压较低时,如其脉冲低于5V,误差放大器
将输出高电平,二极管截止,由于电容C4的存在,5V对参考电压Vreg充电,参考电压升高,控制电压也升高,
因此输出电压将自动调高,可见该脚有一定的稳压控制作用。图8 显示了调整的整个过程。IC(3)脚外接电容
C3 除了对过零信号延迟外,还起对开关管截止后产生的尖峰脉冲进行平滑的作用。
PIN4 为软启动控制端,其外接电容C4 为软启动电容。如图7 所示,刚开机时,内部5V 电源对该脚的外接
电容C4 充电,参考电压Vreg缓慢上升,经控制电压缓冲器BCV使控制电压也缓慢上升,因此开关管的导通期
将缓慢增加,逐渐展宽,使整机各点处于低压小电流的工作状态,从而保护开机瞬间各元器件不被浪涌电流和
高感应电动势损坏。IC(13)开关脉冲输出端脉冲大体如下图所示。

 

                                                         图9

图9 为固定频率和同步电路,当IC(7)脚为低电位时,OP1 负端输入小于正端输入,OP1 输出高电位,此高
电位通过电阻、二极管以接近1mA 的电流对该脚外接电容C7 快速充电,当充电到其电压大于OP1 的正端输入
时,OP1输出低电位,二极管截止,C7 开始通过电阻R7 放电,放电到其电压小于OP1 正端输入时,OP1 又输出
高电位………,如此OP1 输出的是固定的正负脉冲,此脉冲通过或门G1,与门G2 接到导通时间触发器的S端,
从而控制了IC 开关脉冲的输出(见图1 的IC 内部方框图),开关频率f≈1.18/R7*C7。
当该脚悬空或接固定电压时,以上的固定和同步电路不起作用,IC将工作于自由频率调整模式。IC还可将
该脚外接光耦,被外部电路产生的矩形脉冲控制,从而工作于外同步方式。电路如图10 所示。

 

                                                              图10

 应用电路

                                                               图11

如图11 的应用电路所示,热地部分的误差放大器 对电源电压进行取样,并通过光耦将其微量的电压变化 传到该脚,完成稳压控制作用。例如当某种原因使得开 关变压器次级电压增加时,D14输出的电压100V上升, 通过电阻R65,R60,电位器P60 分压后加到取样调整IC -N1 的R 端(N1 的R 端电压控制了N1的K 端电压的大 小,类似三极管b 极对ce极的控制),VR升高,VK降低, 光耦初级发光二极管负端电压也降低,而二极管的正端 接的是开关变压器次级D43 整流输出的8.5V 电压V3, 此电压也是上升的,所以光耦内部二极管正向压降加 大,发光量增加,光耦次级光敏三极管电阻变小, TDA18846(5)光耦输入脚电压降低,通过内部的控制 电压缓冲器BCV 使得控制电压也降低(如图12所示), 从而开关管的导通期减少,开关变压器次级整流后电压 降低,完成稳压控制过程。在图12 中控制电压缓冲器 BCV 有两个正相输入端,一端接的是光耦输入脚,另一 端接的是PIN3: 过零检测与调整输入 脚和PIN4: 软启 动与调整电容脚共同作用后的参考电压Vreg,两者电压 较高的一端被阻隔,控制电压缓冲器BCV 将跟随电压 较低的一端形成控制电压,因此TDA16846 存在两条负 反馈稳压支路,而电压较低者优先的“双保险”局面。应用电路中光耦初级发光二极管对8.5v,100v 两路取样,比单端电压固定,一端取样的稳压电路灵敏度高得多,通过调节电位器P60 可将B+稳定在设计值内。
 

 

                        图12

 PIN6: 故障比较器2/PIN9:参考电压和电流/PIN10: 故障比较器1/ PIN8:空脚

当IC(9)参考电压和电流脚接电阻到地时,形成的电压和电流可激
活故障比较器FC2,相当于故障比较器的使能端。
如图13 所示,当IC(6) 故障比较器2 脚输入的电压大于1.2V 时,
故障比较器FC2 输出高电平到或门G4,经或门G4再输出高电平,接到
错误触发器的输入S端(见图1 内部方框图),再由错误触发器Q 非端输
出低电平到与门G3,最后与门G3输出低电平经输出驱动器给IC(13)
脚,故开关管截止,起到过压保护作用。
同理当IC(10)故障比较器1 脚输入的电压大于1V 时,故障比较
器FC1输出高电平到或门G4,………………, 故开关管截止,也起到过
压保护作用。
MT和S机芯都不用这两个故障比较器进行保护,故都将它们接地,
使故障比较器一直输出低电平给或门G4,因而对电路没影响。
TDA16846(8)脚为空脚。

 


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