1、TEA1750第三代綠色開關電源（GreenChip III SMPS）控制器摘要：NXP公司（飛利浦創立）推出第三代綠色開關電源（SMPS）控制器系列IC（Green Chip III），這些控制器的共同特點是在芯片上高度集成了功率因數校正（PFC）和反激式（flyback）控制器。基于Green Chip III控制IC的SMPS，提供了低成本高性能解決方案，具有綠色特征和全方位保護功能。該文以TEA1750為例，介紹了Green Chip III控制IC的特點、應用電路和工作原理。關鍵詞：TEA1750；Green Chip III；SMPS；PFC；綠色；保護1、概述為滿足IEC610

2、00-3-2標準關于交流（AC）輸入電流諧波限制要求和"能源之星"等規范相關規定，離線（off-line）開關電源（SMPS）采用功率因數校正（PFC）已成發展趨勢。NXP公司（由飛利浦創立）近期推出第三代綠色SMPS控制器系列IC（Green Chip III），具有PFC和綠色特征，輸出功率可達250W，尤其適用于筆記本適配器、42英寸以下LCD TV電源等。Green Chip III系列控制IC集成了PFC和反激式控制器，在應用中僅需外加很少量的元件，為設計高效率、高性能和高可靠電源提供了一種低成本解決方案。TEA1750是Green Chip III系列IC中的一

3、種代表性器件，本文僅以TEA1750為例，來說明Green Chip III控制IC的特點、應用電路及工作原理。2、TEA1750的引腳功能及其特點2.1  引腳功能TEA1750采用16引腳塑料小外形封裝，引腳排列如圖1所示。附表給出了TEA1750的各個引腳功能。附表  TEA1750引腳功能2.2  主要特點TEA1750集成了PFC與反激式控制器，能在70276VAC的通用AC線路上操作。  綠色特征TEA1750芯片上含有啟動電流源，具有綠色高能效特點。（1）PFC綠色特征·谷值（valley）與零電壓開關（ZVS），有最小的開關損耗

4、（專利技術）；·頻率限制能夠減小開關損耗；·當反激輸出上低功率電平（輕載）被檢測時，進入突發模式操作，以獲得高效率（專利技術）。（2）反激式轉換器綠色特征·谷底開關有最小的開關損耗（專利技術）；·在低功率電平上，反激式控制器切換到頻率降低模式，將電流限制在最大峰值電流的25%電平上，從而獲得高效率。2.2.2  保護特征·對于系統故障安全重新啟動；·對PFC與反激式變換器，通過去磁檢測進行不間斷保護；·兩個（PFC/反激式）變換器過電壓保護（OVP）；·環路開路保護；·IC過溫度（保護門限是14

5、0±10）保護（OTP）；·過電流保護（OCP）；·軟啟動；·PFC軟停止；·AC線路欠電壓和電壓過低保護；·一般目的輸入鎖存（Latched）保護。 3、應用電路與工作原理基于TEA1750帶PFC的反激式SMPS電路如圖2所示。這種離線式SMPS的AC輸入電壓范圍為70276VAC，輸出功率可達250W。3.1  一般控制  電路啟動與欠電壓鎖定（UVLO）接通AC電源后，電流從高壓引腳HV（16）流入，從引腳VCC（1）流出，對電容CVCC充電。當VCC引腳上的電壓超過啟動電平Vstartup=22V時，控制

6、邏輯激活內部電路，切斷充電電流，引腳LATCH（5）被激活。當引腳LATCH上的電壓超過Ven(LATCH)=1.35V時，在引腳PFCSENSE（11）上的軟啟動電容（CSS1）被充電，PFC電路被激活，施加到引腳HV（16）上的電流再次接通，PFC電路對PFC輸出總線電容Cbus充電。當IC引腳VOSENSE（9）上的電壓達到Vstart(fb)=1.72V時，充電電流被切斷，反激（flyback，即回掃）變換器被激活這是在引腳FBSENSE（10）上的軟啟動電容CSS2充電的結果，其輸出電壓Vout調整到它的正常值，如圖3所示。反激式轉換器輸出Vout經穩壓二極管和光電耦合器反饋到控制I

7、C的引腳FBCTRL（3）。如果Vout達不到規定穩壓電平，而引腳3上的電壓達到Vto(FBCTRL)=2.5V，TEA1750將會開始安全重新啟動。如果保護功能有其中一個被觸發，兩個變換器將停止開關，并且VCC電壓降至Vth(UVLO)=15V。一個鎖定保護將經過引腳HV重新對VCC電容CVCC充電，但不會重新啟動變換器。對于安全重新啟動保護，將經引腳HV重新對電容充電，使器件重新啟動，如果IC引腳9上的電壓>VOVP（VOSENSE）=2.63V，PFC過電壓保護（OVP）被激活，IC的PFC控制器將停止開關，直到IC引腳9上的電壓降至2.63V以下。如果AC線路欠電壓，在IC引腳7

8、上的電壓一旦低于Vstop（VINSENSE）=0.89V，PFC控制器也將停止開關，直到IC引腳7上的電壓>Vstart(VINSENSE)=1.15V后才會重新開始運行。當VCC電壓降至欠電壓封鎖電平Vth(UVLO)=15V以下時，PFC和反激式控制器都會停止開關，并重新進入安全再啟動模式。在安全重新啟動模式，IC驅動器輸出被阻斷，VCC電容CVCC經引腳HV和VCC重新被充電。  鎖存輸入與快速鎖存復位IC引腳LATCH（5）可用于關斷變換器。只要該引腳上的電壓降至1.25V以下，PFC與反激式變換器將停止開關。在開始啟動時，開關被禁止，直到引腳5上的電壓升至1.35V

9、以上。在應用中，為復位鎖存保護，可將AC輸入短暫中斷。只要IC引腳7上的電壓降至750mV以下，然后再升高到870mV以上，鎖存保護就會復位。如果去除IC引腳VCC或HV上的電壓，鎖存保護也將復位。  過溫度保護（OTP）只要芯片結溫超過130（典型值）熱關閉溫度，IC則停止開關。一旦OTP被激活，VCC電容CVCC不會重新被充電。如果VCC電壓不足，OTP電路將從引腳HV供電。當溫度降至120（典型值）以下時，IC將會重新開關。OTP是一種鎖存保護，通過去除IC引腳VCC和HV上的電壓可將其復。3.2  PFC電路PFC電路帶谷值開關的準諧振模式（QRM）或不連續導電模式

10、（DCM），采用導通時間ton控制，使AC輸入電流諧波減小在IEC61000-3-2關于D類設備的限制要求之內。  谷值開關和頻率限制升壓電感器L有一個輔助繞組（即變壓器副繞組），它一端接地，一端經電阻RAUX1連接到IC的引腳8（PFCAUX）。在變壓器退磁之后，PFC開關S1（MOSFET）導通。IC引腳3檢測變壓器次級行程的結束和PFC MOSFET上的電壓。在PFC MOSFET漏-源極之間電壓最小時，下一個行程（stroke）則開始（即谷底開關），這樣就可以減小開關損耗和EMI。如果沒有退磁信號被IC引腳3檢測，在PFC柵極信號（引腳12）結束后，IC將產生一個50s的零電

11、流信號（ZCS）。如果沒有谷值信號被IC引腳3檢測，在退磁檢測之后，控制IC將產生一個4s的谷值信號。PFC開關頻率被限制在125KHz的最大值上。對于準諧振操作，如果頻率高于125KHz，PFC電路將轉換到DCM操作，PFC MOSFET仍然履行谷底開關。  AC線路電壓感測與補償AC線路輸入電壓由IC引腳7感測，引腳7外部兩個電阻和一個電容用作輸入電壓分壓采樣和濾波。IC引腳7內部含有補償電路，在70276VAC的整個輸入電壓范圍上，能使調節環路帶寬保持恒定，在負載變化時產生快速響應。在應用中，IC引腳PFCCOMP（6）外部的一個電阻和兩個電容設定調節環路的帶寬。  

12、  軟啟動PFC級電路軟啟動功能由PFC開關S1源極與引腳11外部電阻RS1之間的CSS1和RSS1來履行，軟啟動時間tPFC（SS）=3?RSS1?CSS1。只要IC引腳11上的電壓低于0.5V，內部60A的電流源則對CSS1充電。當引腳11上的電壓超過0.5V時，軟啟動電流被限制。只要PFC開始開關，軟啟動電流源則被切斷。  突發模式控制當反激式變換器輸出功率較低時，反激變換器將轉換到頻率降低模式，PFC電路則進入突發模式控制。在突發模式，PFC電路開關被禁止，直到在IC引腳VOSENSE（9）上的電壓降落到Vburst(L)=1.92V。只要IC引腳9上的電壓達到Vb

13、urst(H)=2.24V，軟啟動電路被激活。在突發模式操作期間，IC引腳PFCCOMP（8）上的電壓被箝位在2.7V與3.9V之間。低箝位電壓限制最大功率，高箝位電壓在從突發模式恢復時保證PFC電路可以返回到它的正常調節點。只要反激式變換器脫離頻率降低模式，PFC電路將重新恢復正常操作。為防止PFC電路連續導通和關斷，在IC引腳FBCTRL（3）上內建50mV的滯后。圖4為突發模式控制波形。  PFC保護過電流保護：通過IC引腳PFCSENSE（11）感測PFC開關S1源極串聯電阻RSENSE1上的電壓（最大值是0.52V），可以實現最大峰值電流逐周限制。AC線路電壓不足或過低保護

14、：控制器引腳7感測AC線路電壓，只要引腳7上的電壓低于Vstop(VINSENSE)=0.89V，PFC開關則停止。當AC線路電壓不足使PFC輸出總線電壓降低時，只要IC引腳9（VOSENSE）上的電壓低于Vstart(fb)=1.72V，反激變換器將截止。當AC線路電壓恢復到正常范圍時，兩個變換器將重新啟動。過電壓保護：PFC輸出電壓Vbus經電阻分壓器被引腳VOSENSE（9）感測。只要引腳9上的電壓超過VOVP（VOSENSE）=2.63V，PFC電路開關被禁止。當引腳9上的電壓降至2.63V以下時，PFC開關則重新開始。PFC開環保護：如果PFC反饋環路開路，例如引腳VOSENSE（9

15、）懸浮，PFC開關也被禁止。 3.3  反激（Flyback）電路  多模式操作在高輸出功率時，反激變換器轉換到準諧振模式。在準諧振模式，由于變換器在外部開關S2（MOSFET）漏-源極上電壓最小值上導通（即谷值開關），所以開關損耗最小。在較低的負載上，為防止高頻操作，變換器從準諧振模式變化到不連續模式，并帶谷值跳越，為降低EMI將開關頻率限制在fsw(fb)(max)=125KHz上，如圖5所示。在非常低的功率和待機（standby）電平上，開關頻率將降低。在無載時，反激變換器的開關頻率可以降為零。在頻率降低模式，初級峰值電流保持在其最大值的25%的電平上，谷值開關也被激

16、活，PFC控制器轉換到突發模式操作。  谷值開關在外部MOSFET（S2）導通期間，是變壓器T2的初級行程，如圖6所示。在S2關斷之后，次級行程開始。在次級行程之后，S2漏極電壓出現振蕩，產生振玲（ringing），振蕩頻率約為： 式中，LP是T2的初級自感；Cd是S2漏極節點上的電容。當振蕩器電壓由低變高時，次級行程結束。在開始新的初級行程之前，電路等待最小的漏極電壓。在最低的漏極電壓上，新的周期開始（在圖6中的（1）處）。谷值開關允許高頻操作，因為在高頻上電容開關損耗減小，可使用小的低成本的磁性元件。  電流模式控制為獲得良好的線性調節，反激變換器采用電流模式

17、控制。初級電流由RSENSE2感測，并由IC引腳FBSENSE（10）接收電流檢測信號。引腳10上的電流感測信號與內部控制電壓進行比較，內部控制電壓正比于IC引腳FBCTRL（3）上的電壓。引腳3通過一個3k電阻連接一個3.5V的電壓源，當引腳3上的電壓高于2.5V時，該電壓源則斷開。當引腳3上的電壓大于4.5 V時，意味著故障出現，開關將停止。IC引腳3外部通過一個電阻RLOOP連接一個接地電容CTIMEOUT，提供超時功能，對開路控制環路提供保護。在正常操作期間，IC引腳3上的電壓在1.4V到2.0V之間，對應于最小到最大輸出功率。  退磁為了退磁計時和過電壓保護，反激變壓器T2

18、設置了一個輔助繞組。輔助繞組一端接地，另一端通過電阻RAUX2連接到引腳FBAUX（4）。退磁以逐周短路保護為特征，通過立刻降低頻率（較長的關斷時間）來降低功率電平。在低輸出電壓和在啟動時，退磁識別在開始時的2s之內被抑制。如果IC引腳4開路或不連接，反激變換器則立即停止操作。軟啟動為阻止啟動期間T2產生可所見的噪聲，通過軟啟動功能使T2初級峰值電流緩慢增加。連接在S2源極和IC引腳FBSENSE（10）之間的RSS2和CSS2，提供軟啟動，軟啟動時間tss(fb)3RSS2CSS2。當VCC達到啟動門限（22V）時，IC內部軟啟動電流（60A）就對CSS2充電。當IC引腳VOSENSE（9）

19、上的電壓達到Vstart(fb)=1.72V和引腳10上的電壓達到0.5V時，反激變換器則開始運行，軟啟動電流源被切斷。  保護最大導通時間限制：外部MOSFET的導通時間被限制在25s。當S2導通時間超過25s時，IC停止開關并進入安全重新啟動模式。過電壓保護：輸出過電壓保護（OVP）通過T2次級行程期間感測輔助繞組上的電壓來實現。輔助繞組上的電壓被IC引腳FBAUX（4）感測并被內部濾波器濾掉電壓尖峰。如果輸出電壓超過OVP解扣電平，IC內計數器則開始計算隨后的OVP過程。只要OVP解扣電平持續8個周期，S2將被關斷。若T2次級和輔助繞組匝數分別是NS和Naux，輸出OVP解扣電平為：過電流保護（OCP）：T2中初級