1.概述
HV9606主要应用于分布式电路板安装电源。该器件开关频率很高，电源输出较大功率（20A，3.3V）时，高频变压器的体积很小。该器件工作电压很低，输入电流很小。采用该控制器的小功率电源，具有很高的效率，通常可达到90％以上。
HV9606采用固定频率电流型控制模式，器件内部输出脉冲占空比被限制在50％以下。利用该器件外加很少元器件，即可组成单端反激、正激和同步正激隔离或不隔离直流变换器。由于工作电压UDD很低，所以在不隔离变换器中，高频变压器可省去升压绕组。芯片内的充电泵可以产生驱动外接N沟道MOSFET所需的栅极电压，并且不需要箝位。该器件对通信和网路系统中常出现的250V高压瞬变具有一定的抗干扰性，符合IEEE802.3动力以太计算机网和ETR-080 ISDN要求。
振荡器振荡频率可以调整，并且允许与其他同样的器件或主控时钟有一定的公差。
芯片输入电流几乎为零，输入电压UIN低于20V时，达到起动稳压器的起动/停机门限值以前，输入电流小于6μA。该器件除了由VIN脚供电外，还可由VDD脚供电。在这种条件下，输入电压范围为2.9V—5.5V。
其他的功能有：电流取样脉冲前沿消隐，可调整软起动时间、精密带隙基准电压和监控器等。监控器可完成微处理器监控和复位。输入电压短时中断后，监控器可以封锁软起动电路，因而可减小输出和输入电容器的容量。
该器件主要应用于动力以太计算机网和VOLP终端设备电缆调制解调器和放大器、ISDN网络终端设备和适配器、网络设备、服务器、PC机和个人电子设备、通信系统和终端分布式电路板上电源、电池备用供电系统、便携式电子设备的电源、汽车和重型设备等。
2. 引脚功能
HV9606电流型高电压PWM控制器采用20脚SSOP封装。
1脚 VDD：PWM逻辑和模拟电路电源脚。加到VIN脚的输入电压超过输入稳压器的起动电压时，接在该脚的电容器的额定电压调整为2.9V。PWM电路起动后，升压电源将该脚电压调整在3.3V或5V。VIN脚接到PGND脚时，HV9606可由VDD脚供电，该脚电压范围为2.9V—5.5V，欠压封锁值为2.8V。
2脚 START：该脚与VIN脚之间接入电阻分压器，设定起动稳压器的起动电压。
3脚 STOP：该脚与VIN脚之间接入电阻分压器，设定起动稳压器停机电压。该脚接SGND脚后，该器件可实现小功率睡眠状态控制功能。
4脚 VIN：该脚为起动线性稳压器输入脚。该脚可承受的输入电压范围为15V—250V。当起动（START）脚和停机（STOP）脚电压高于20V时，该脚的漏电流小于6μA。
5脚 VREF：该脚输出精度为1％的基准电压。
6脚 SS：接在该脚的外部电容器的容量决定软起动过程的时间。当监控器的STATUS（状态）输出脚为低电平，栅极驱动电源VX2脚为低电平或发生过流状态后，软起动过程开始。输入电源短时中断，但变换器输出电压尚未下降到设定的最低极限值时，为了使电源系统快速恢复工作，监控器可以封锁软起动电路，因而不会出现软起动过程。
7脚 SYNC：该脚接到其他HV9606控制器的SYNC脚，可将系统的工作频率设定在各个振荡器中最高的振荡频率。利用晶体管的开路集电极、MOSFET的开漏逻辑栅极或光电耦合器均可实现与主控时钟同步。主控时钟的占空比小于50％。多只HV9606需要同步工作时，为了消除寄生电容对电路板的影响，VDD脚应接入上拉电阻。该电阻的阻值决定于工作频率和主控时钟的占空比。
8脚 RC：该脚与SGND脚之间应接入一只电阻。该电阻决定内部定时电容器的充电电流，从而决定内部振荡器的振荡频率。PWM脉冲频率为振荡频率的一半。
9脚 SGND：所有逻辑电路和模拟电路公共接地脚。
10脚 PGND：栅极驱动电路的接地脚。
11脚 CS：电流取样输入脚。正常工作中，当该脚电压超过0.5 UREF时，过流保护电路工作，应当说明，为了防止因开关管MOSFET导通瞬间的电流过大而使过流保护电路误动作，在MOSFET开通的前85nS内，不采样电流。回路控制峰值工作电流取样电压可以设定在0.5UREF以下的任意数值。
12脚 GATE：推挽式CMOS输出脚。该脚输出电压用于驱动外接N沟道功率MOSFET的栅极。
13脚 VX2：栅极驱动电路的电源脚。该脚电压是UDD的二倍，它是由充电泵二倍压电路产生的。
14脚和15脚 CA和CB：充电泵外接电容器脚。在这两脚之间接入0.01μF电容器,可在VX2脚产生两倍于UDD的电压。
16脚 NI：误差放大器高阻抗同相输入脚。
17脚 COMP：误差放大器输出脚。
18脚 FB：误差放大器高阻抗反相输入脚。
19脚 SENSE：监控器的输入脚。该脚输入电压上升时，监控器状态改变为0.85UREF+0.075V。该脚输入电压下降时,监控器状态改变为0.85UREF -0.075V。
20 脚 STATUS：监控器输入脚。当取样输入电压为高电平时，该输出通过10μA电流源拉高到UDD，同时关断软启动电路。当取样输入电压为低电平时，该输出脚变为低电平，该电平可直接控制微处理器复位，也可用于驱动光电耦合器或LED指示器。
3. 基本工作原理
HV9606电流型PWM控制器主要由：可调起动停机控制电路、起动稳压器、VDD欠压封锁电路、振荡器、同步电路、二倍压电路、VX2欠压封锁电路、带隙基准电压源、电流取样和限流电路、误差放大器、软起动控制电路、PWM电路、监控器等部分组成，如图2所示。
图2 HV9606内部框图
3.1 起动稳压器
当VIN脚电压为20V时，起动稳压器被起动/停机电路封锁，VIN脚漏电流为6μA。当有效输入电压超过可调的起动电压时，起动稳压器正常工作，并且在VDD脚产生2.9V额定电压。该电压是HV9606内部除起动/停机电路外所有电路的电源电压。稳压器输入电压可高达250V。该电压是电话线最高保护电压。由于该稳压器能够承受很高的电压，所以HV9606可用于有140Vrms市电供电的设备中。该稳压器最小输出电流为5mA，可满足芯片内各电路的要求，还可为外部MOSFET栅极驱动电路供电，直到PWM输出端的升压电路使VDD脚电压高于稳压器设定电压，此时，稳压器被迫关断，并且VIN脚的输入电流减小到漏电流值。VDD脚应外接1μF以上的旁路电容器。该电容器可提供倍压器所需的峰值电流和外接MOSFET所需的栅极驱动电流.
在小功率电源中，不用升压电路，该电路也可正常工作。应当注意，起动稳压器的功耗不能过大。如果输入电压很高并且所需的栅极驱动电量较大（高频工作），稳压器的功耗就很大。
VDD脚加入2.9V～5.5V电压，HV9606也能正常工作，在这类应用中，VIN、START和STOP脚都应接到SGND脚。这样，电源就不具有STAR/STOP控制功能，起动稳压器也不工作。
3.2 VDD欠压封锁
为了保证电源正常工作，当稳压器输出电压比起动稳压器设定电压低于100mV以上时，欠压封锁（VDDUVLO）电路应使内部电路维持在复位状态。为了保证稳定起动，VDD欠压封锁具有100mV滞后电压。
[page]3.3 振荡器与同步
振荡器的振荡频率为PWM输出脉冲频率的两倍。改变RT脚与SGND脚之间外接电阻的阻值，振荡频率即可在30kHz—800kHz之间调整。给定振荡频率时，RT脚外接电阻的阻值RT可按下式计算：
SYNC（同步）脚是一个输入输出端口。在采用多只HV9606的变换器中，为了保证所有HV9606同步工作，各个HV9606的SYNC脚必须连接在一起，SYNC脚也可接到外部主控时钟的开漏输出端。采用外部主控时钟同步时，所有振荡器的频率都锁定在各振荡器中的最高振荡频率。外部主控时钟的占空比必须小于50％。采用外部主控时钟同步时，SYNC脚固定逻辑高电平或低电平将造成不同步，但是采用HV9606的变换器仍可正常工作，工作频率由HV9606单独设定。由于HV9606失去同步时，总的电源系统并不会出现故障，因此可以认为同步脚具有一定的故障容限。
在多只HV9606组成的DC/DC变换器中，采用外部主控时钟同步时，考虑到同步（SYNC）脚累积寄生电容的影响，在SYNC脚与VDD脚之间应接入一只上拉电阻。该电阻的阻值由累积寄生电容和工作频率决定。
3.4 倍压器
内部电源电压在2.9V—5.5V之间时，HV9606仍可正常工作，但是很难找到栅极驱动电压如此低的功率MOSFET，因此HV9606内设置有了倍压电路。该电路可在VX2脚产生接近VDD两倍的电压。倍压电路采用电容充电升压方法，因此在CA脚和CB脚之间应接入一只0.01μF电容器。同时，在VX2脚与PGND脚之间还应接入一只0.1μF贮能电容器，倍压电路的工作频率与PWM输出频率相同。
GATE脚输出的栅极驱动电压，由VX2脚电压供给，当VDD升高到3.3V时，可以采用栅极驱动电压为5V的逻辑电平功率MOSFET，当VDD升高到5V时，可以采用栅极驱动电压为10V的标准功率MOSFET。
3.5 VX2欠压封锁
为了保证适当的栅极驱动电压，欠压封锁电路（VX2 UVLO）连续监控VX2脚的电压。若VX2脚电压低于4.5V，为了防止损坏外接的功率MOSFET，PWM电路栅极驱动器输出被封锁。为了防止欠压封锁电路误动作，欠压封锁门限电压具有400mV滞后电压。
3.6 带隙基准电压
除了起动/停机电路外，HV9606内部所有电路都由精度为1％的带隙基准电压供电。基准电压加在REF脚，也可为外部电路提供100μA电流。在REF脚与SGND脚之间，应接入0.1μF以上的旁路电容器。
3.7 电流取样与限流
电流取样电阻应接在外接MOSFET的源极与PGND脚之间。有两个独立的比较器监控取样电阻两端的压降，一个比较器完成绝对值峰值电流限制，另一个比较器将峰值电流反馈信号加到PWM控制回路。
MOSFET开通时，在栅极驱动脉冲的前沿将产生很大的漏极电流尖峰。这样可导致限流比较器误动作，也可使PWM控制回路工作不正常。为了消除这种现象，HV9606内加入电流取样脉冲前沿85nS消隐电路。这样，在大多数实际应用中都可以消除电流取样脉冲前沿尖峰的影响，使变换器稳定工作。为了使变换器更可靠地工作，还应当滤除MOSFET导通瞬间产生的电流尖峰，为此，电流取样（CS）脚应串入一只电阻，同时，在电流取样脚与SGND脚之间，还应接入一只电容器。
3.8 误差放大器
HV9606内部误差放大器的最小增益带宽为1MHz。引脚FB和NI分别接放大器反相输入端和同相输入端。放大器输出接COMP脚，应用非常方便。为了防止输出饱和，该放大器还具有快速转换恢复功能。
3.9 软起动控制电路
软起动电路输出的10μA恒定电流，对外接在软起动脚（SS）的电容器充电。SS脚的瞬时电压决定误差放大器的上限电压，因此可使PWM电路开始输出占空比最小的脉冲，并且随着SS脚电压升高，输出脉冲占空比逐渐增大，一直到闭环回路稳定工作。软起动电容器的容量应当保证，DC/DC变换器输出最大负载电流时，SS脚电压超过1.2V以前，闭环控制回路应当稳定工作。
只有监控器的状态（STATUS）输出为低电平时，软起动电路才能被封锁。当SS脚电压降低时，软起动电容器放电，并且只有当VX2欠压封锁电路检测到栅极驱动电压过低后，软起动电路才能重新开始工作。
3.10 PWM电路
电流型PWM电路的工作频率为振荡器振荡频率的一半，输出脉冲占空比不超过50％，在很宽的动态控制范围内，特别是在低频工作时，输出脉冲最小宽度为130nS。
为了保证实际应用所需的动态控制范围，振荡器最高振荡频率可由下式决定：
式中 tON为最大栅极驱动输出导通时间；
UIN MAX 和UIN MIN分别为最高和最低输入电压；
POUT MAX和POUT MIN分别为最大和最小输出功率；
DMIN为在最坏条件下栅极驱动输出脉冲最小占空比（195nS）；
fPWM为最大栅极驱动开关频率；
fosc为最高振荡频率。
3.11 监控器
在各种实际应用中，都可以采用电压监控电路。HV9606内的监控器控制软起动电路，当STATUS输出脚为低电平时，软起动电路开始工作。实际工作过程中，只有电流取样（SENSE）脚的电压低于0.85UREF-100mV时，STATUS脚才为低电平。
监控器还可用来监控DC/DC变换器的输出电压。在这种情况下，STATUS输出脚可用作电源监控器，当电源电压低于设定值时，该输出脚也可完成微控制器的通电复位（power on reset ）功能。在DC/DC变换器中，只要输出电压在规定的极限值以内，监控器就可封锁软起动电路，因此当输入电压短时下跌后，变换器可以快速重新起动。这样，在电源系统维持时间确定的条件下，可以减小输入和输出电容器的容量。
只要将STATUS脚接到SS脚，监控器还可用作高精度低输入电压检测和封锁电路。STATUS脚有10μA电流，STATUS脚与SS脚连接后，软起动电容器的充电电流将增加一倍，因此在软起动时间相同的条件下，软起动电容器的容量必须增加一倍。电流取样（SENSE）脚通过电阻分压器可以接到任何被监控的电压源（不是HV9606组成的DC/DC变换器的输出电压）或逻辑输出端。当SENSE脚的电压低于0.85UREF-100mV时，SS脚将变为低电平，因此可以封锁栅极驱动输出信号，从而关断DC/DC变换器。即使GATE脚输出维持在低电平，振荡器仍然正常工作，并且同步SYNC I/O脚仍与系统其他元件保持同步，也可为电源系统提供时钟信号。
3.12 关断与封锁
根据电源系统的要求，HV9606也可被关断或被封锁。
STOP脚的电压降低到SGND脚电压时，HV9606将被关断，此时HV9606处于零功率（只有漏电流）状态。在此状态下，振荡器也停止工作。利用一只击穿电压在20V以上的外接MOSFET、光电耦合器和开路集电极晶体管即可将STOP脚电压拉低到SGND脚电压。应当说明，采用这种关断方法时，将会使同步（SYNC）脚电压降低，因此接在SYNC脚的其他元件将不再同步。
只要输入电压超过设定的停机门限电压，将SS脚电压拉低到SGND脚电压，可以封锁PWM电路的输出脉冲。因此，可以使栅极驱动电路始终输出低电平。只有SS脚的电压升高后，软起动才能重新开始。在封锁状态下，内部起动稳压器给HV9606供电，因此振荡器将正常工作，并且SYNC脚将与系统中其他元件保持同步，也可为系统提供时钟信号。拉低SS脚电压可由击穿电压大于5V的MOSFET、光电耦合器和开路集电极晶体管来实现。
[page]4. 实际应用电路
HV9606组成的1.5W隔离型反激变换器实际电路如图3所示，输入电压为48V，输出电压为3.3V，输出电流可达20A的隔离型正激变换器实际电路如图4所示。
图3 1.5W隔离型变换器
图4 输出3.3V、20A隔离型正激变换器
5. 结语
以HV9606为核心的变换器，具有完善的功能、稳定的性能和较低的成本。可广泛应用于移动痛惜、数据处理、汽车电子等各个领域。
『本文转载自网络,版权归原作者所有,如有侵权请联系删除』
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