用開關模式控制器Si9114組成的高頻高效DC-DC變換器

摘　要：Si9114是Siliconix公司新近推出的電壓變換控制集成電路。它的開關頻率更高，可達到1MHz,這樣就可以減小儲能元件的尺寸，使采用陶瓷電容器變成可能，提高了系統的可靠性，降低了成本。Si9114還有同步輸出引線，使得多個Si9114的并聯工作很容易實現。本文就Si9114的工作原理進行了分析，并給出了用該電路組成的在電訊領域廣為應用的48V到5V的DC-DC變換串的應用電路

關鍵詞：電源；開關；控制；功率；DC變換；軟啟動
　
 
1 引言
    Si9114是Siliconix開關控制IC Si91xx家族中的一個新成員，采用BiC/DMOS技術制造，主要用于通訊領域中的從48V到5V的電壓變換，Si9114作為電流型脈沖調寬式（PWM）控制器，和其它外接元件配合可組成高頻DC-DC變換器，最高開關頻率可達1MHz.

    Si9114有以下特點：

    ●開關頻率高達1MHz.由于開關頻率市，儲能元件的尺寸就可以很小，可全部采用貼片式元件，尺寸小，重量輕，系統成本低。
    ●把功率MOSFET驅動電路和高壓啟動電路集成在一個晶片上實現，內部采用DMOS晶體管，允許集成電路和200V的高壓直流直接相連， 可省去電源變壓器。
    ●軟啟動電路可使主要的功率元件在系統上電時受到的沖擊變得很小，大大提高系統的可靠性。
    ●Si9114提供了一個同步輸出引線，這就使得變換器之間可以互相同步或外部某一時鐘同步，簡化了EMI濾波 ，使得DC變換器的并聯應用變得很容易實現。
    ●Si9114具有邏輯控制的關閉電路及欠壓關斷電路。
    Si9114能流出500mA的電流或吸收700mA的電流，內部有精度為1.5%的基準電源，帶寬為1.5MHz的誤差放大器。
    用Si9114組成的單端正激DC-DC變換器的工作原理,Si9114控制器以固定的頻率來控制功率MOSFET的通斷，這樣就在變壓器的初級線圈中產生脈沖電流，通過感應在變壓器的次級產生一定的脈沖電壓，經整流、濾波后就獲得所需的直流電壓。通過控制功率MOSFET的通斷時間比例就可以調整的電壓值。

2 內部結構和基本參數

    Si9114的內部功能。它包括高壓預調節電路、軟啟動電路、閉關電路、基準電壓源（4.0V)、誤差放大器、PWM比較器、振蕩器、同步電路、輸出驅動、電流檢測電路等若干部分。

    高壓預調節電路（High Voltage PreRegulator）采用了低功耗技術、BiC/DMSO電路制造技術和高電壓耗盡型MOSFET,解決了以往的控制電路起動時間長且需要一個大容量電容器的缺點。

    關閉控制電路用于過壓保護功能的完成。當輸出電壓VOUT超過額定值時，可通過一個光電耦合器使Si9114的2腳處于低電平，這樣就可關閉MOSFET，使變換器輸出為零，這樣就起到了過壓保護作用。從2腳上有低電平信號到關閉動作的延遲是300ns,這個時間很短，足以保證不會因為一時的電壓過高而損壞元件。
    振蕩器的振蕩頻率取決于外接元件RT脈CT。內部有一個二分頻電路，可防止脈沖占空比大于50%以避免錦芯飽和。

    軟啟動電路通過7腳（SS）上外接的電容CSS，可合變換器的輸出電壓緩慢上升，以防止功率晶體管可能發生的二次擊穿。軟啟動端（7腳）也可用作關斷控制，將此端接一VIN,變換器變關閉。

    當輸入電壓降低使VCC低于9V時，低壓鎖定電路起作用，誤差放大器輸出低電平，變換器停止工作。

    在使用多個Si9115來組成直流變換器里，可采用同步輸出端來實現頻率和相位的同步，減少噪音。

3 管腳排列和電參數

   Si9114有14腳塑料DIP封裝及貼片式SO封裝，后綴帶D的器件為工業器，工作溫度范圍為-40℃～85℃。

4 應用電路

    一個輸入電壓為36V～72V,輸出為5V/4A的DC-DC變換器電路。

    在變壓器初級回路中，由并聯的C1、C2組成輸入電容電容，由Si流114DY擔任開關管（200V、1Ω的MOSFET）的控制器，由兩個并聯的R1、R2組成RSENSE（0.5Ω）。經R3、C3濾波后輸入到13腳。

    在起動后，由變壓器線圈N2感應的電壓經D3整流、C5濾波，提供給Si9114的VCC.振蕩器的工作頻率取決于R5、R4,其工作頻率約為450kHz。軟啟動電容C7保證上電后能平穩工作。誤差放大器的同相端接在兩個1kΩ組成的分壓器上，其電壓為2V（VREF=4V），C6為旁路電容。誤差放大器的反饋電壓5V輸出端經光電耦合器及TL431組成的電路隔離，輸入到FB端。

    經變壓器次級線圈N3感應的電壓D1、D2整流（D1、D2必須采用肖特基二極管），并經L1、C10和C11濾波，輸出平穩的5V電壓。