1、开关电源（SMPS）次边监控 IC，用作组成 SMPS 的辅助（housekeeping）电路，以履行过电压和欠电压保护及遥控开/关等功能。SPMS 次边监控 IC，内部电路往往比初级侧 PWM 控制器 IC 更加复杂，引脚也往往更多。但是，使用此类 IC 后，不会引起 SMPS 元件数量和成本上的增加。本文介绍的美国快捷公司生产的 PCSPMS 次边监控芯片 KA3511，是一种改进型的固定频率 PWM 控制 IC。用其设计 PC 电源，是目前比较理想的选择。 2 引脚功能及主要特点 KA3511 采用 22 脚 DIP 封装，引脚排列如图 1 所示。 KA3511 主要由振荡器、误差放大器
2、、PWM 比较器、过电压保护（OVP）与欠电压保护（UVP）电路、遥控开/关控制电路、电源好（pwoergood）信号产生器和精密参考电压等单元电路所组成，引脚功能如表1 所示。 表 1 引脚功能 脚号 名称 功能 1 VCC 电源电压 2 COMP 误差放大器（E/A ）输出 3 E/A() E/A 反向输入 4 E/A() E/A 同相输入 5 TREM 遥控开/关延迟 6 REM 遥控开/关输入 7 RT 振荡器频率设定电阻 8 CT 振荡器频率设定电容 9 DET 欠电压检测输入 10 TPG 电源好（PG ）信号延迟 11 PG 电源好信号输出 12 Vref 5.03V2的参考电压
3、 13 V3.3 3.3V 输出的 OVP、UVP 输入 14 V5 5V 输出的 OVP、UVP 输入 15 V12 12V 输出的 OVP、UVP 输入 16 PT 另外的保护输入 17 TUVP UVP 延迟 18 GND 信号地 19 DTC 死区时间控制输入 20 C2 输出驱动 21 E 功率地 22 C1 输出驱动 图 1KA3511 引脚排列 图 2PWM 控制电路 图 3 工作波形 图 4 软启动电路 KA3511 的主要特点如下： （1）只需很少量的外部元件，就可以组成性能优良的 SPMS 辅助电路； （2）固定频率、可变占空比电压型 PWM 控制； （3）利用死区时间控制
4、实现较启动； （4）为推挽操作对偶输出，每个输出晶体管的电 流容量为 200mA； （5）对于 SMPS 的3.3V、5V 和12V 输出， 具有 OVP 和 UVP 功能； （6）遥控开/关控制功能； （7）为监视电源电压电平，使微处理器安全操作， 内置电源好信号产生器； （8）精密电压参考，容差为 2（4.9VVref 5.1V）； （9）电源电压 VCC=1430V，待机（ standby）电 流（ICC）典型值是 10mA。 3 工作原理 31 振荡器 KA3511 是固定频率 PWM 控制 IC，内部线性锯齿波振荡器的频率由 IC 脚 7 外部电阻 RT 和脚 8 外部电容CT 设定
5、： fosc= 32PWM 控制电路 KA3511 的 PWM 控制电路如图 2 所示，图 3 为其工作波形。 误差放大器用作感测电源输出电压，它的输出连接到 PWM 比较器的同相输入端。死区时间控制比较器有一个 0.12V 的失调电压，以限制最小输出死区时间。PWM 比较器为误差放大器调节输入脉冲宽度提供了一个手段。当振荡器定时电容 CT 放电时，在死区时间比较器输出上产生一个正脉冲。时钟脉冲控制触发器，并使输出晶体管 Q1 和 Q2 禁止。为使 Q1 和 Q2 推挽工作，脉冲控制触发器将调制脉冲对准 Q1 和 Q2中的一只晶体管，其输出频率是振荡器频率的一半。 输出 PWM 通过 CT 上
6、的正锯齿波与两个控制信号中的任意一个进行比较完成。或非（NOR）门驱动输出晶体管 Q1 和 Q2 使能，此情况仅当触发器时钟输入为低电平时发生。随控制信号幅值的增加，输出脉冲宽度相应变窄。控制信号是电源输出的反馈输入，亦即误差放大器输入。 33 软启动电路 KA3511 的软启动电路如图 4 所示。软启动的目的是防止 SMPS 的输出（3.3V/5V/12V）在启动时上升太快，达到 OVP 电平。在主电源开始接通时，死区时间控制电压为 3V，尔后进入低态。低态电压由 R1 和R2 决定： VDTC(LOW)=Vref 由于 Vref=5V，R1=47k ，R2=1k ，故 VDTC(LOW)1
7、05mV。在软启动过程中，电源输出上升时间典型值是 15ms，输出占空比从最小到最大变化。 如果遥控电压为“高” （“H” ）态时，死区时间控制电压通过 IC 内 3mA 的电流源保持在 3V=3mAR2（1k） 。当遥控电压变为“低” （“L”）态时，死区时间控制电压将从 3V 变为 0V。 图 5 输出调节电路 图 6OVP 电路 图 7UVP 电路 图 8 遥控开/关及延迟电路 34 输出电压调节 输出电压调整电路如图 5 所示。5V 和12V 的输出电压由 R1、R2 与 R3 及 R4 的电阻比确定。如果输出电压（5V 或12V）升高或降低，KA3511 通过 PWM 控制比较器信号
8、和误差放大器输出，使主电源开关的占空比相应变化，实现 SMPS 输出电压的调节。R5 与 C1 组成补偿电路，以使系统稳定。 35OVP 电路 OVP 电路如图 6 所示。OVP 功能通过 IC 脚 13、脚 14 和脚 15 分别连接到 SMPS 次边3.3V、5V 和12V 的输出实现。IC 内部电阻 R1 与 R2、R3 与 R4 和 R5 与 R6 的电阻比与参考电压 Vref 决定每一个 OVP 电平。例如，对于3.3V 输出的 OVP 门限电压为： VOVP1(3.3V)=VA=Vref=4.1V 同理，R3 与 R4、R5 与 R6 决定的5V 和12V 输出的 OVP 电平分别
9、是 62V 和 142V。 IC 脚 16（PT）是 OVP 比较器的另一个保护输入，OVP 电平由 PT 外部电阻 R101 和 R102 决定（典型值是 115V）。 36UVP 电路 KA3511 的 UVP 电路如图 7 所示。该电路由带三个输入的 UVP 比较器及 R1 与 R2、R3 与 R4 和 R5 与 R6电阻分压器组成。对于 SMPS 次边3.3V、5V 和12V 的三个输出，每一个 UVP 电平分别是 2.3V、4V 和 10V。 37 遥控开/关与延迟电路 KA3511 的遥控开/关及延迟电路如图 8 所示。这部分电路利用微处理器控制。如果有一个大信号施加到 IC 脚
10、6，比较器输出高电平，并被传送到开/关延时电路和电源好（PG）电路。如果没有信号施加到脚 6，脚 6 则保持 5V 的高电平。当 REM（脚 6）=“H”时，在经过约 8ms 的开通延时之后，PWM=“H” ，主 SMPS 关断。当 REM=“L”时，在经过约 24ms 的延时之后，PWM=“L” ，主 SMPS 则工作。 38R/S 触发器电路 图 9 为 KA3511 的 R/S 触发器电路。 R/S 触发器由 OVP、UVP 和一些延迟的遥控开/关信号控制。如果 OVP 或 UVP 输出是高电平，触发器置位信号则为高态，PWM 亦为“高”，主电源关断。当遥控信号是高态时，它的延迟输出信号
11、施加到 R/S 触发器的复位端口，导致置位为低态，从而使输出 Q 是低态。在这个时间中，PWM 通过延迟的遥控高信号保持在高态。在主电源被 OVP/UVP 和通过遥控初始化关断之后，如果遥控信号变为低态，主电源则开始工作。 图 9R/S 触发器电路 图 10 电源好信号产生器电路 图 11KA3511 应用电路 39 电源好信号产生器 KA3511 的电源好信号产生器电路如图 10 所示。电源好信号产生器电路产生依赖于输出电压状态的“开” 与“关”信号。当 IC 脚 11 上的输出 PG=“H”时，意味着电源是“好的”；当 PG=“L”时，则表示电源出现故障。 当电源接通时，为稳定输出，在经过
12、约 250ms 的延时之后产生 PG“高”信号。当电源切断时，为保护下面所跟随的系统，通过检测电源状态产生 PG“低” 信号，并且没有延迟。 比较器 COMP1 和 COMP2 分别用作检测5V 和 VCC 电压。VCC 检测点电压为 172V，脚 9（DET）外部电阻 R11 和 R12 的取值应符合下面的等式要求： VDET=1.25V=17.2V 当5V 的输出降至 43V 以下时，为提高系统稳定性，比较器 COMP3 产生不带延迟的 PG“低”信号。当遥控开/关信号是高态时，则产生不带延迟的 PG“低” 信号。在主电源被接地之前， PG 就变为低态。 PG 延时（Td）由 IC 脚 1
13、0（TPG）外部电容 CPG、COMP3 的门限电压 Vth 和充电电流 Ichg 决定：Td=250ms 4 应用电路 KA3511 只需外加很少量的元件，即可在 SMPS 的次边组成功能齐全的 SMPS 辅助电路。KA3511 的典型应用电路如图 11 所示。 在图 11 所示的 SMPS 次边监控电路中，KA3511 的脚 13、脚 14 和脚 15 分别连接 PCSMPS 的 33V、5V和 12V 的次边输出，以履行 OVP 和 UVP 功能。IC 脚 4 通过外部电阻分压器感测 SMPS 次边 5V 和 12V的输出电压，并与脚 3 内部 125V 的参考电压进行比较，其输出和 PWM 比较器的控制信号调节主电源开关的占空比，以使输出电压稳定。IC 脚 2 与脚 3 之间在外部连接的 RC 网络，用作误差放大器输出与反相输入之间的补偿。IC 脚 6 为遥控开/关输入，脚 5 外部电容用作遥控开/关延迟。脚 7 外部 12k 的电阻和脚 8 外部 0.01F 的电容，用作设定 IC 振荡器频率。脚 9 可通过外部电阻分压器对 VCC 进行欠电压检测（见图 10），脚 10 外部电容（2.2F）用作电源好（PG）信号延迟，脚 17 外部电容（2.2F）用作 UVP 延迟。
