MC33066中文资料.docx

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MC33066中文资料

高性能谐振模式控制器设计

MC34066/MC33066是高性能谐振模式控制器，是为离线程序和直流-直流变流器而设计，利用频率调制开通时间或关断时间。

这些集成电路形成一个具有可编程死区时间的特征变量，精密可重复触发一次性的定时器，温度补偿器、具有输出和精密夹高增益宽脉冲参考误差放大器的、转向触发器、和双重高图腾柱的输出适用于驱动功率场效应管。

这些设备都是双列直插的并且可在表面贴装包。

1、调频利用变频谐振子的控制范围超过1000:

1；

2、可编程谐振死区时间允许常数关断时间操作

3、精密可重复触发一次性计时器

4、修剪隙内部参考

5、带有精确输出端的5.0MHz的误差放大器

6、双重高电流图腾柱的输出

7、与支路之间存在带有磁滞的低电压锁定阈值

8、使能输入

9、可编程软启动电路

10、用于离线操作的低启动电流

1振荡死区9使能欠压锁定

2振荡电阻10失效输入

3振荡控制11软启动

4GND12驱动输出B

5基准电压V13驱动地

6误差放大器输出14驱动输出A

7反向端15V

8同向端16单稳态RC

操作说明

电源设计师都力争增加电源转换效率和降低被动元件大小,功率变换器高频谐振模式成为有吸引力的替代传统的方波的控制。

相比于方波转换器、谐振模式控制提供了几个好处包括更低的开关损耗,更高效率,降低电磁干扰发射和较小的尺寸。

该集成电路已被发展到提供支持电源设计的新趋势。

MC34066谐振模式的控制器是高双极IC致力于性能变频功率控制，频率超过1.0兆赫。

这种集成电路的特点、性能及提供灵活性，为多种多样的谐振模式和电力供应。

最主要的目的是要通过一个反馈环以一个重复速率给场效应管门极驱动，MC34066能够运行在任何的三种方式，如下：

1）固定导通时间、变频;2）固定关断时间,变频;（3）组合的1和2

当频率增加时变为由固定导通时间变为固定关断时间。

IC附加的功能确保系统在一个安全的,受控的方式开机及故障状态。

在说明书的第一页给出了芯片的简明框图。

图中标注了主要功能块和块与块之间的连接。

各种功能可区分为两部分。

第一部分为主要控制通道它包括振荡器、单冲触发器、功率开关驱动器和一宽带误差放大器；第二部分为扩展功能，它包括：

电压基准、欠压锁定、软启动和故障检测器等。

第一部分：

主控制通道

输出脉冲的宽度和重复频率是通过可变频率振荡器、定时器和误差放大器之间的相互作用来调整的，振荡器触发定时器，定时器产生一脉冲，并通过控制触发器交替地触发一对图腾输出驱动器、误差放大器监视稳压器的输出同时调整频率。

整个主控制通道采用高速肖特基逻辑以减小延时和增强高频特性。

振荡器

变频振荡器对于在高频下运作的控制器性能很重要。

除了触发定时器和对输出脉冲初始化，振荡器也决定了定时器电容的初始电压，并且定义了输出脉冲间的最小死区时间。

振荡器设计用于工作在超过1.0MHz的频率下。

误差放大器超过1000:

1的频率范围，并且最小和最大频率通过外围器件合适的选择就可以简单准确的确定下来。

振荡器也包括变化的死区时间特性，为了满足输出脉冲之间的额外的死区时间。

图2显示了振荡器和定时器之间的功能模块。

振荡器电容Cosc充电时通过三极管Q1和死区时间电阻RDT。

如果Rdt是0欧姆，Cosc从3.6V充到5.1V不到50ns。

电容器Cosc的快速回转速率和比较器的传播延迟使控制峰值电压很困难。

这个问题通过三极管Q2到一个电压基准将三极管Q1的基极钳位。

振荡器波形的峰值从而被准确的限定在5.1V。

振荡器频率通过改变从RVFO到振荡器控制电流端的电流Iosc调节。

控制电流驱动一个组合增益镜像电流，从电容器Cosc拉动一路支路、当Iosc增加时，电容器Cosc放电变快因此降低了振荡器的周期并且增加频率。

当最大频率发生在镜像放大器输出比钳位输出高的时候，通常在振荡器控制电流输入要高出2.5V。

Cosc最小放电时间对应振荡器最大频率，如式1中所示。

当电流Iosc电流是零的时候就会导致振荡器频率最小，并且Cosc通过外部电阻Rosc和Rdt放电。

当误差放大器输出电压小于镜像电流输入两管偏置。

式2给出了最大振荡器放电时间。

当振荡器电容Cosc被三级关门Q1充电时，控制芯片的输出被关断。

输出脉冲之间的最短时间（死区时间）可以通过控制电容器Cosc的充电时间。

电阻Rdt降低了从Q1到Cosc之间的电流，因此增加了充电时间和输出死区时间。

从0欧姆到1000欧姆之间改变Rdt，电容是300pF时，死区时间会从80ns到680ns。

振荡器的充电时间通式由式3所示

振荡器的最大最小频率是由对于电阻Rosc和Rvfo的合适选择。

当按照要求的死区时间选择完Rdt，最小的频率通过Rosc决定的，将式2和式3整合成式4：

最大频率由Rvfo决定，将式1和式3整合成式5：

电阻Rdt的选择将会影响振荡器波形的峰值。

当Rdt从零开始增加时，要求给Cosc充电的时间变大伴随着振荡器比较器的传播延迟。

因此，超调的上阈值被降低并且在振荡器波形的峰值电压从5.1V到4.9V。

当Rdt为零时频率精度最佳。

定时器

如图2所示，定时器电容Ct和振荡器电容同时通过三极管Q1充电。

当振荡器比较器关断Q1，允许Ct放电，定时器周期开始。

当通过电阻Rt使得电容Ct放电至定时器比较器的阈值，周期结束。

电容器从初始电压5.1V放电至阈值电压3.6V，形成了式6定时器的周期。

阈值电压和通过输出驱动器的传播延迟将会影响定时器的周期。

为了确保精度，控制芯片的输出脉冲在正常的Rt和Ct值时被限定在1.5ms的5%。

振荡器和定时器的输出通过或非门在一起产生输出脉冲

这个脉冲驱动触发器并且输出驱动。

输出脉冲

由振荡器初始化，但是无论是振荡器比较器还是定时器比较器都可以中断脉冲。

如果振荡器的放电时间超过定时器的周期，完整的定时器周期被输送到输出部分。

如果振荡器放电时间小于定时器周期，然后振荡器比较器过早地结束脉冲并重复触发定时器。

图3左边的与非重复触发操作相对应并且开通时间是常数和变化的管段时间。

图3右侧代表重复触发操作并伴有变化的开通时间和常数关断时间。

误差放大器

一个充分应用的高性能误差放大器是应用于电源系统的反馈控制。

误差放大器具有内部补偿并且开环增益超过70dB，输入偏置电压小于10mv保证了频率是2.5MHz时增益脉宽最小。

输入通常模式从1.5V到2.5V，包括基准电压。

对于低于1.5V的通常模式，镜像放大器的输出强制变的很低提供最小的振荡器频率。

振荡器的控制电流端是由误差放大器的输出电压通过Rvfo控制的，如图4所示。

误差放大器的输出波动是由一个钳位电流限制的以利于限制最大振荡器频率。

钳位电流限制Rvof上的电压为2.5V，因此限制了Iosc到2.5V/Rvof。

振荡器精度通过限制钳位电压改善，以获得在标称值下的外部元件1.0MHz规格的频率fosc（高）。

输出部分

由振荡器和定时器产生的脉冲ton是对偶的图腾柱输出由图5所示的脉宽调制触发器驱动。

ton的正向转变导通触发器，引起脉冲在输出A和输出B之间进行转换。

触发器的重启操作是在启动时的欠压锁定电路实现的保证了第一个脉冲出现在输出A。

图腾柱输出驱动器特别适合驱动功率场效应管并且能够达到1.5A。

当驱动一个1.0nF的负载时，一般上升和下降之间达到20ns。

在图腾柱驱动器通常增加了输出转换之间的很高的交叉传导电流。

MC34066采用了一种独特的设计消除了交叉传导电流控制在高频下的芯片功耗。

一个单独的对地输出端用于提供输出驱动器隔离来自大瞬态电流的模拟电路。

扩展功能

MC34066控制器提供了一系列的辅助和保护功能包括一个精确的电压基准，欠压锁定保护功能，软启动电路和故障检测，这些保护电路确保了电源供给在一个安全的可控的状态下开启和关闭并且当故障发生的时候系统可以很快的切断。

欠压锁定和电压基准

分立的欠压锁存比较器感应输入VCC的电压并且调制基准电压如图6所示。

当Vcc增加至超过阈值电压，输入电压锁定比较器使基准电压使能。

在基准电压输出Vref升至4.2V，Vref欠压锁定比较器将UVLO信号转换为逻辑零状态使得控制通道工作。

减小Vcc到一个较低的阈值电压引起Vcc欠压锁定比较器将基准电压调制器关断。

Vref欠压锁定比较器进而将欠压锁定输出转换为逻辑1的状态使得控制器关断。

使能/欠压锁定调整端允许电源供给设计者选择电源欠压锁定阈值电压。

当这个管脚打开的时候，比较器在达到16V时开通芯片9V时关断芯片。

如果这个管脚和电源Vcc端相连时，高低阈值分别降为9.0V和8.6V。

强制使得使能/欠压锁定调整端为低电平将会拉动电源欠压锁定比较器调整端为低电平（通过一个内部二极管）进而关断控制器。

基准电压调制器给内部电路提供一个精确的5.1V并且向外部电路提供一个10mA。

基准电压使得精度提高2%并且包括短路保护。

故障检测

高速故障比较器和屏障如图7所示可以保护电源在故障下不致毁坏。

故障输入端和故障比较器的输入端相连。

如果输入超过比较器的阈值1.0V，故障状态被设置，两个逻辑信号关断主控制通路。

在故障比较器输出端标记为故障的信号直接和输出驱动器相连。

这种直接的路径减少了从故障输入到A和B端的输出70ns的传播延迟。

故障输出与来自Vref欠压锁定比较器的欠压锁定输出以或非的关系产生标记为UVLO+的逻辑输出故障。

这个信号通过强制向Cosc和Ct充电关断振荡器和定时器。

故障锁存器会在Vref欠压锁存器的比较器的欠压锁存输出的逻辑1时的启动期间被重新启动。

锁存器也可以在通过拉动使能/欠压锁定调整端为低电平后被重新启动以使得标准电压调整器关断。

软启动电路

如图7所示的软启动电路强制使得变频振荡器在最小频率下启动并且斜坡上升直到受到反馈控制坏的调制。

在Csoft-start终端的外部电容初始放电是由欠压锁定正的故障信号。

电容上的低压通过软启动缓存保存误差放大器的输出低电平。

在正的欠压锁定故障转为逻辑零电平后，软启动电容器由一个9.0mA的电流源充电。

缓冲区允许误差放大器的输出跟随软启动电容器直到被误差放大器输入所限制（或者到达2.5V钳位电压）。

软启动功能一般适用于控制器控制下的谐振，并且可以简单地打开Csoft-start端子就可以关断。

应用

MC34066可用于串联、并联或者高阶半/全桥控制的谐振式变换器。

集成电路设计用于提供在断续电路或者连续电路或者两者结合起来的电路。

例如，工作在非连续模式下并联的谐振变换器（PRC），集成电路工作于固定导通时间变频的模式。

对于工作于连续模式的PRC，集成电路工作于固定关断时间变频模式。

当工作在一个宽输入电压范围情况下，例如一个通用输入电源，PRC可以工作在断续模式下提供高压并且在连续模式下提供低电压。

在这种并联的工作模式下，开通时间和断续模式相适应。

芯片的死区时间设置用于提供提供连续模式下理想的关断时间。

频率范围的选择要满足能够覆盖从断续模式到连续模式的频率范围。

当如此设定后，控制器在低频时将工作在固定导通时间、变频的工作模式下。

在引起控制器重复触发定时器的频率下，控制规律变成固定关断时间、变频模式。

在更高的频率下电源将会以这种规律工作在连续模式。

尽管集成电路设计和优化用于双端推挽型变换器，它也可以用于单端应用，例如正激和反激谐振变换器。