FA5310开关电源控制IC及其应用
fa5310开关电源控制ic及其应用
许多电子系统都需要开关电源。开关电源的电路多种多样，其中已有许多采用控制芯片。控制芯片只要再外接一些器件即可组成开关电源，从而大大简化了电路设计。
fa5310是日本富士电机公司的产品，它具有多种保护功能，外接电路简单，有很大的实用价值。fa5310具有以下特点：
可直接驱动功率mosfet（i0＝±1．5a）；宽工作频率范围（5～600khz）；具有逐个脉冲过流限制功能；有过载切断功能（可选用锁定或无保护模式）；可用外部信号控制输出on／off；有过压切断功能（锁定模式中）和欠压误动作保护功能（16v时导通，8．7v时关断）；等待电流低（90μa）；占空比为dmax＝46％，可用于正激和反激电路。
图1为fa5310的引脚排列图。表1所列为各引脚的功能说明。
2工作原理
fa5310的工作原理如下。
2.1振荡器
振荡器通过电容充放电产生三角波。ct脚的电压在约3．0v到1．0v的范围内振荡。振荡频率由1脚和7脚的外接时基电阻rt和时基电容ct 决定。如下式：
式中，f的单位为khz，rt为kω，ct的单位为pf。
2.2pwm比较器
pwm比较器有四个输入端（如图2所示）。其中振荡器输出（1）与cs脚电压（2）、fb脚电压（3）及dt电压（4）作比较。若（2）（3）（4）脚的最小值比（1）脚低，则pwm比较器输出为高电平，ic输出为低电平；否则pwm比较器输出为低电平，ic输出为高电平。
图3为pwm比较器时序图。当ic加上电源后，可用cs脚电压控制软启动工作，输出脉冲逐渐变宽。在正常工作时，输出脉宽取决于最大占空比dmax、dt电压及fb脚电压。
2.3cs脚电路
cs脚可用于软启动工作、过载及过压输出关断和输出的on／off控制。
（1）软启动功能
当电源开通时，10μa的恒流源开始给电容cs充电。cs脚电压因充电而缓慢上升。因而pwm比较器的输出脉冲也缓慢变宽。
软启动时间可近似地从ic启动到输出脉冲变宽30％的时间来估算。软启动时间由下式给出：ts（ms）＝160cs（μf）
（2）过载关断
如果输出电压由于过载或短路而下降，fb脚的电压将上升。如果fb脚电压超过比较器c3的参考电压（2．8v），c3的输出为低电平，将使晶体管q关断。在正常工作时，晶体管q是开通的。cs脚被稳压管zn箝在3．6v。该稳压管的最大击穿电流为65μa。当q关断时，箝制解除，10μa的恒流源开始给电容cs充电，cs脚电压上升。当cs脚电压超过比较器c2的参考电压（7．0v）时，c2的输出为高电平，从而使偏置电路关断。这样，ic就进入了锁定模式并关断输出，关断电流的消耗为400μa（vcc＝9v）。此电流必须通过启动电阻提供。而此时ic给mosfet栅极开始放电。
将电源电压vcc降至8．7v以下或将cs脚电压强制降到7．0v时可以使电路重新启动。从输出短路到关断偏置电路的时间周期tol由下式给出：
tol（ms）＝340cs（μf）
（3）输出on／off控制
如果在电容cs旁并联一个三极管，并通过控制三极管的导通和截止来控制cs脚电压，即可控制ic的导通或关断。
如果三极管导通，cs脚电压降到0．42v以下，c1比较器输出高电平使偏置电路关断，从而使ic输出关断，ic给mosfet栅极放电。如果三极管截止，cs又开始充电，ic开始软启动。电源又重新开始工作。
2.4过流限制电路
过流限制电路通过检测主开关mosfet漏极电流的逐个脉冲的峰值来限制过流。检测的阈值电压是＋0．24v。
mosfet漏极电流被电阻r2（见图4）转换成电压并反馈到is脚。如果电压超过比较器c4的参考电压（0．24v），则c4输出为高电平，rs触发器的输出q亦为高电平，则输出脚迅速关断电流。rs触发器的输出q在振荡器的下一个周期被复位，使输出端又开始工作。这个工作重复用来限制过流。如果过流限制因噪声而产生动作，可在is脚和mosfet之间接一个rc滤波器。
2.5欠压锁定电路
在电源下降时，ic中的欠压锁定电路能阻止ic误动作。当电源电压从0v开始上升，ic在vcc＝16．0v时开始工作。当电源电压下降到vcc＝8．7v时，ic关断输出。当欠压锁定电路工作时，cs脚电压变低，使ic复位。 2.6输出电路 ic的推挽输出可直接驱动mosfet。out脚的电流可达1．5a。 在欠压锁定电路工作时，如果ic停止工作，mosfet栅压降低，mosfet被关断。
3应用电路及设计考虑
图5为fa5310的应用电路。从电源开通到ic启动的时间由r1和c5确定。如果它们太大，电路起动就较慢。r1必须根据下式来确定。考虑到电路关断时的电流为400μa（在cc＝9v时）：
r1＜｛vac（2）1／2／π－9｝／400ac为交流输入电压。
ic供电电路在起动时，由电源通过r1供电，但电流较小。电路正常工作以后，由变压器的馈电绕组经二极管era91－02整流后给ic供电，这样既可保证ic要求的电流。又可省掉辅助源。mosfet因为要承受电源两倍的峰压、电网的波动以及浪涌电压，所以对于220v的电网电压，mosfet的耐压最好应在800v以上。mosfet漏极上的rcd电路为复位电路，而源－漏极间的rc电路用来抑制浪涌电压。
在变压器次级，当输出电压瞬间比5v高得多时，光耦pc1导通，使fb端短接地，ic暂停输出，从
而使电路输出保持平稳。
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图1为fa5310的引脚排列图。表1所列为各引脚的功能说明。
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式中，f的单位为khz，rt为kω，ct的单位为pf。
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pwm比较器有四个输入端（如图2所示）。其中振荡器输出（1）与cs脚电压（2）、fb脚电压（3）及dt电压（4）作比较。若（2）（3）（4）脚的最小值比（1）脚低，则pwm比较器输出为高电平，ic输出为低电平；否则pwm比较器输出为低电平，ic输出为高电平。
图3为pwm比较器时序图。当ic加上电源后，可用cs脚电压控制软启动工作，输出脉冲逐渐变宽。在正常工作时，输出脉宽取决于最大占空比dmax、dt电压及fb脚电压。
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cs脚可用于软启动工作、过载及过压输出关断和输出的on／off控制。
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