摘要：本文介紹了準(zhǔn)諧式反激式開關(guān)電源IRIS4015的工作原理，并介紹了應(yīng)用其進(jìn)行電源設(shè)計(jì)的電路和在設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意的幾個(gè)方面。中圖分類號(hào):文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:文章編號(hào)：
摘要：本文介紹了準(zhǔn)諧式反激式開關(guān)電源IRIS4015的工作原理，并介紹了應(yīng)用其進(jìn)行電源設(shè)計(jì)的電路和在設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意的幾個(gè)方面。
1前言
目前單片開關(guān)穩(wěn)壓電源有多種多樣，如TOPswitch.Tinyswitch.coolset等，這些單片開關(guān)穩(wěn)壓電源均工作在硬開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗和EMI較大。為克服硬開關(guān)的缺點(diǎn)可用軟開關(guān)工作方式。在反激式開關(guān)電源中以無(wú)損耗緩沖電路和準(zhǔn)諧振工作方式為簡(jiǎn)單，而且準(zhǔn)諧振工作方式可以實(shí)現(xiàn)零電壓的開通和關(guān)斷，在各種準(zhǔn)諧振的解決方案中IRIS4015是一種很好的方案。
2IS4015工作原理分析
IRIS4015是單片準(zhǔn)諧振式反激式開關(guān)電源中MOSFET和控制IC的集成，如圖1,有五個(gè)功能引腳:源(S)、漏(D)、控制IC的接地端(GND)、電源(Vcc)、過(guò)電流和電壓反饋輸入端（OCP/FB）。
圖1ISIR4015內(nèi)部原理框圖
IRIS4015可以工作在準(zhǔn)諧振模式下，該模式下頻率可變，在輕載和高電源電壓下達(dá)。IRIS4015具有各種保護(hù)電路如：溫度補(bǔ)償?shù)闹饌€(gè)脈沖過(guò)電流保護(hù)（OCP）、過(guò)電壓鎖定保護(hù)（OVP）、熱關(guān)閉電路（TSD）；啟動(dòng)電流不超過(guò)100uA，有源低通濾波器可使輕載時(shí)穩(wěn)定度提高；內(nèi)置溫度補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓；具有可調(diào)門驅(qū)動(dòng)；并且可以通過(guò)外部元件調(diào)整開關(guān)速度用于EMI控制。
2.1IRIS4015工作原理如下：
IRIS4015的啟動(dòng)工作方式UC3842相似，不再贅述。注意：?jiǎn)?dòng)電阻Rs和啟動(dòng)電容C2的取值范圍如下：
C2：22μF—100μF
Rs：47KΩ—68KΩ（輸入電壓110伏）
82KΩ—150KΩ（輸入電壓220伏）
反饋和控制電路工作
振蕩器和限流控制方式
振蕩器利用IC中C2的充放電產(chǎn)生脈沖信號(hào)確定MOSFET的關(guān)斷時(shí)間，如圖2，這是IC在沒有電壓控制反饋時(shí)，振蕩器的工作過(guò)程。當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時(shí)，內(nèi)置C1被充電到約5.6V，漏電流ID流過(guò)R5產(chǎn)生壓降VR5（其波形為ID的鋸齒波），VR5被反饋到OCP/FB端來(lái)控制初級(jí)電流（初級(jí)電感電流控制方式），當(dāng)OCP/FB端電壓達(dá)到門限電壓Vth（1）（0.73V）時(shí)，比較器1改變狀態(tài)，振蕩器輸出關(guān)斷信號(hào)，MOSFET關(guān)斷。
圖2振蕩器與限流工作方式
當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)C1開始被緩慢放電，C1電壓下降，其下降過(guò)程由C1值和放電電流確定，當(dāng)C1的值降到1.2V左右時(shí)，振蕩器輸出導(dǎo)通信號(hào)，MOSFET重新導(dǎo)通，同時(shí)C1瞬間充電到5.6V左右，電路重復(fù)以上振蕩周期。上述由VR5（ID）的斜率確定的時(shí)間就是MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間，C1和直流放電電路所確定的固定時(shí)間是MOSFET的關(guān)斷時(shí)間，這個(gè)固定時(shí)間被直流放電電路限制在50μS左右。
2.2次級(jí)電壓控制方式
次級(jí)輸出為電壓控制方式，如圖3所示，在輸出端設(shè)計(jì)的過(guò)電壓使光耦合器的LED中有電流流過(guò)，引起反饋電流流過(guò)光電耦合器的三管，并依次流過(guò)R4和R5，產(chǎn)生壓降VR4和VR5，使COMP1反向所需的VR5電壓（ID的峰值）被VR4（由FB電流產(chǎn)生）控制。因此如圖4所示：
VR4在OCP/FB端產(chǎn)生附加直流偏置電壓，通過(guò)這一附加偏置電壓縮短OCP/FB端電壓達(dá)到門限電壓Vth（1）的0.73V所需的時(shí)間來(lái)降低MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間。這將導(dǎo)致反向變壓器的儲(chǔ)能降壓，通常，來(lái)自VR4的偏壓在輕載時(shí)增加，而且MOSFET導(dǎo)通時(shí)沖擊電流產(chǎn)生的噪聲能使比較器1誤動(dòng)作，為避免這個(gè)問(wèn)題，可在MOSFET截止時(shí)，用一個(gè)無(wú)源低通濾波器R4、C5和有源濾波器來(lái)減小OCP/FB與GND之間的動(dòng)態(tài)靜態(tài)阻抗，有源低通濾波器是OCP/FB端與地之間的一個(gè)1.35mA直流旁路，它將使MOSFET導(dǎo)通時(shí)OCP/FB端的靜態(tài)阻抗降低一半左右，而MOSFET導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生噪聲由C5來(lái)吸收。
2.3準(zhǔn)諧振工作方式的分析
準(zhǔn)諧振方式是在VDS小情況下的情況下，由初級(jí)線圈電感和一個(gè)緩沖電容器提供一個(gè)控制MOSFET開通的諧振信號(hào)，以降低開關(guān)損耗。在這種工作模式下的OCP/FB將高于Vth（2）=1.45V（6V），當(dāng)這個(gè)電壓維持在Vth（1）以上時(shí)，MOSFET保持關(guān)斷狀態(tài)（注意：準(zhǔn)諧振信號(hào)小持續(xù)時(shí)間1us）。因此，準(zhǔn)諧振模式下的諧振頻率的一半周期用來(lái)使MOSFET導(dǎo)通。漏和源之間的諧振電容C3與變壓器初級(jí)電感形成諧振電路，在控制繞組D與OCP/FB端加一個(gè)由C3、D4、R5組成的延遲電路產(chǎn)生準(zhǔn)諧振信號(hào)，在MOSFET截止時(shí)控制比較器2并觸發(fā)準(zhǔn)諧振方式。
由于延遲電路的存在，即使變壓器上的全部能量都傳送到次級(jí)線圈，反饋到OCP/FB的準(zhǔn)諧振信號(hào)也不會(huì)立即下降，這是因?yàn)镃4和C5由有源濾波器（1.35mA的電流吸收器）和R6、R7的復(fù)合阻抗放電，某周期后，電壓降到Vth（1）或低于它，延遲時(shí)間取決于初級(jí)電感和C3。調(diào)整C4使得當(dāng)MOSFET和VDS達(dá)到準(zhǔn)諧振信號(hào)的低點(diǎn)時(shí)，MOSFET導(dǎo)通，因此延遲時(shí)間由C4和C5的放電時(shí)間確定，即使沒有C4，也會(huì)有一段延遲時(shí)間，當(dāng)OCP/FB端和GND之間的電壓為6V時(shí)，準(zhǔn)諧振信號(hào)必須低于這個(gè)電壓。
3電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)
變壓器源電感LP的計(jì)算
其中：P0：輸出功率，F(xiàn)0：小振蕩頻率，η：電源效率≈0.75—0.85（低輸出電壓）
0.85—0.9（高輸出電壓），D：小VIN時(shí)的占空比，Vin：Vin小值時(shí)的濾波電容C1上的電壓。
圖5的IRIS4015應(yīng)用電路的主要元件選擇：
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