原邊反饋方式的AC/DC控制技術(shù)是最近10年間發(fā)展起來(lái)的新型AC/DC控制技術(shù)，與傳統的副邊反饋的光耦加431的結構相比，其最大的優(yōu)勢在于省去了這兩個(gè)芯片以及與之配合工作的一組元器件，這樣就節省了系統板上的空間，降低了成本并且提高了系統的可靠性。在手機充電器等成本壓力較大的市場(chǎng)，以及LED驅動(dòng)等對體積要求很高的市場(chǎng)具有廣闊的應用前景。

在省去了這些元器件之后，為了實(shí)現高精度的恒流/恒壓(CC/CV)特性，必然要采用新的技術(shù)來(lái)監控負載、電源和溫度的實(shí)時(shí)變化以及元器件的同批次容差，這就涉及到初級(原邊)調節技術(shù)、變壓器容差補償、線(xiàn)纜補償和EMI優(yōu)化技術(shù)。

初級調節的原理是通過(guò)精確采樣輔助繞組(NAUX)的電壓變化來(lái)檢測負載變化的信息。當控制器將MOS管打開(kāi)時(shí)，變壓器初級繞組電流ip從0線(xiàn)性上升到ipeak，公式為。此時(shí)能量存儲在初級繞組中，當控制器將MOS管關(guān)斷后，能量通過(guò)變壓器傳遞到次級繞組，并經(jīng)過(guò)整流濾波送到輸出端VO。在此期間，輸出電壓 VO 和二極管的正向電壓 VF 被反射到輔助繞組 NAUX，輔助繞組 NAUX 上的電壓在去磁開(kāi)始時(shí)刻可由公式表示，其中VF是輸出整流二極管的正向導通壓降，在去磁結束時(shí)刻可由公式表示，由此可知，在去磁結束時(shí)間點(diǎn)，次級繞組輸出電壓與輔助繞組具有線(xiàn)性關(guān)系，只要采樣此點(diǎn)的輔助繞組的電壓，并形成由精確參考電壓箝位的誤差放大器的環(huán)路反饋，就可以穩定輸出電壓VO。這時(shí)的輸出電流IO由公式表示，其中VCS是CS腳上的電壓，其他參數意義如圖1所示。這是恒壓(CV)模式的工作原理。

圖1 原邊控制應用框圖及主要節點(diǎn)波形圖。

當負載電流超過(guò)電流極限時(shí)，負載電流會(huì )被箝位在極限電流值，此時(shí)系統就進(jìn)入恒流(CC)模式，這里對IO的公式需要加一個(gè)限定條件即，即去磁時(shí)間與開(kāi)關(guān)周期的比例保持一個(gè)常數，這樣在CC模式下的輸出電流公式變成了，其中C1是一個(gè)小于0.5的常數，VCSLMT是CS引腳限壓極限值。

在使得去磁時(shí)間與開(kāi)關(guān)周期的比例保持一個(gè)常數后，輸出的電壓和電流就都與變壓器的電感值無(wú)關(guān)了，因此在實(shí)用層面上降低了應用方案對同批次電感感值一致性的要求，從而降低了大規模生產(chǎn)加工的成本。

與此同時(shí),原邊反饋系統還會(huì )面臨線(xiàn)纜壓降的問(wèn)題。因為系統不是直接采樣輸出端(次級繞組整流后)的電壓，而是通過(guò)采樣輔助繞組的去磁結束點(diǎn)的電壓來(lái)控制環(huán)路反饋的，因此，當輸出線(xiàn)較長(cháng)或者線(xiàn)徑較細時(shí)，在負載線(xiàn)上會(huì )存在較大的內阻(例如在充電器方案中)。在負載電流變化較大的情況下，輸出線(xiàn)的末端電壓也會(huì )有較大變化。在CV模式下，這種變化在某些場(chǎng)合是不能接受的，因此，原邊反饋驅動(dòng)芯片還應該提供對線(xiàn)纜壓降補償的功能，這個(gè)功能通常是通過(guò)在INV腳上拉一個(gè)小電流來(lái)實(shí)現的。通過(guò)預估補償值來(lái)調節連接在INV腳上的分壓電阻的總阻值(分壓比例不變)，從而補償不同負載線(xiàn)型和負載大小帶來(lái)的線(xiàn)纜壓降，以維持CV曲線(xiàn)的水平性(如圖2 中的CV曲線(xiàn))。

圖2 原邊反饋AC-DC控制器的工作模式示意圖。

此外，一款好的原邊反饋AC-DC控制器還應該具備優(yōu)秀的EMI特性，對于傳導和輻射這兩方面的干擾都應該盡可能降低，目前常見(jiàn)的做法是采用抖頻技術(shù)和驅動(dòng)信號柔化技術(shù)。抖頻技術(shù)是指在開(kāi)關(guān)頻率的基頻基礎上引入一個(gè)小幅度的頻率變化值，以此來(lái)降低在開(kāi)關(guān)頻率點(diǎn)上的頻譜能量強度，優(yōu)化EMI特性。而驅動(dòng)信號柔化技術(shù)則是指將驅動(dòng)MOS管柵極的驅動(dòng)信號的開(kāi)啟沿(上升沿)變得比較平滑，以減小MOS管開(kāi)啟瞬間的能量傳導和輻射，從而進(jìn)一步優(yōu)化EMI特性。

芯聯(lián)半導體推出的CL1100就是一款具備初級(原邊)調節技術(shù)、變壓器容差補償、線(xiàn)纜補償和EMI優(yōu)化技術(shù)的原邊反饋AC-DC控制器，并且具有多種保護功能，例如軟啟動(dòng)、逐周期的過(guò)流保護(OCP)、CS采樣端前沿消隱(LEB)、以及過(guò)壓保護(OVP)和欠壓保護(UVLO)。實(shí)測的CL1100的恒壓/恒流特性曲線(xiàn)如圖3所示，該芯片可將恒壓/恒流精度都控制在±3%之內。

圖3 CL1100的實(shí)測CV/CC擬合曲線(xiàn)。

本文小結

隨著(zhù)小功率隔離AC-DC應用向更低成本和更小體積的趨勢發(fā)展，原邊反饋方式的AC-DC控制芯片應運而生。為了滿(mǎn)足高精度的恒流和恒壓應用要求，原邊反饋控制芯片采用了初級(原邊)調節技術(shù)、變壓器容差補償、線(xiàn)纜補償和EMI優(yōu)化技術(shù)。這些技術(shù)的采用保證了原邊反饋方式的AC-DC控制芯片對于應用電源范圍，不同特性的負載以及元器件批次容差都具有了很強的適應性，因而成為一種可以廣泛應用于不同場(chǎng)合的控制技術(shù)。