UPC1099集成电路性能与应用手机绳荆州钒铁游戏机包主板

UPC1099集成电路性能与应用

摘要：介绍一种脉宽调制集成电路UPC1099。详细讨论了其内部结构，引脚排列，给出了它的参数限制和在75W直流变换器中的应用技术。

关键词：直流变换器；脉宽调制；集成电路

1 引言

目前国内通信系统中使用的直流变换器以75W半砖型的＋5V输出最为普遍。它以体积小、散热方便、纹波低、转换效率比较高而得到众多通信设备厂家的认同。这里介绍一种用UPC1099脉宽调钢锯片制集成电路组成的75W半砖型直流变换电路模块。它的集成电路性能优于其他公司的脉宽调制器。其外围元件少、控制灵活、保护功能齐全、性能可靠、应用方便，是75W直流变换器最佳选择方案。

2 UPC1099集成电路内部方框图和引脚功能

引脚及内部方框图如图1所示，该电路为16引脚集成电路，各引脚功能如下：

图1 UPC1099方框图

脚1为死区时间控制，通过对它的控制可实现软启动功能。

脚2、3为反馈端，用以稳定输出电压。

脚4、5为误差放大器的正负输入端，使用它可以控制电流在给定的范围内。

脚6为信号地。

脚7为过电流关闭端子。

脚8为输出管发射极。

脚9为输出端。

脚10为集电极，一般脚8接地，脚10接集成电路电源。

脚11为集成电路电源端。

脚12为过压关闭端，当输入或输出过压时可控制它闭锁输出，如果需要恢复输出必须使脚12的电压降到＋2V以下，并且电源重新启动一次。

脚13为通断控制，用它可实现直流变换的远程遥控。

脚14为电压基准，可供外电路作为参考电压。

脚15、16为振荡频率控制，分别由RT、CT决定。一般CT取100pF～1500pF、RT取3k ～51k ，其振荡频率控制在50kHz～500kHz内。对于75W变换器中控制

在450kHz～500kHz之间，以降低变压器的尺寸和输出电容的容量。

3 UPC1099的极限值和主要性能指标

1）极限值（Ta=25℃）

入电压和输出电压26V

输出最大电流1.2A

功耗1000mW

工作温度－20～85℃

贮存温度－55～150℃

2）封装形式

UPC1099CX为普通型（DIP）双列直插式（引脚间距2.54）

UPC1099GS为扁平型（FLAT）宽体表贴式（引脚间距1.27）

3）UPC1099主要电性能

主要电性能如表1所示。

表1 UPC1099主要电性能指标

4 应用电路

UPC1099的应用电路很广泛，下面以正激变换器电路为例作一介绍。电路如图2所示。输入电压Vs=36～72V，输出电压Vo=＋5V，输出电流Io=0～15A。

图2 75W直流变换器电原理图

图中R1、Q1、R2、Q2、C2、C3、R4为启动开关控制电路，同时Q1可防止启动浪涌电流，由于Q1导通电阻很小，其功耗优于晶闸管和晶体管。Co、L1、C1组成EMI电路，防止变换器对电干扰。R1、R5、R6、D2、D3、C5、C6、Q3是IC1启动工作电路。在电路通电后，D2稳压管给出15V电压，由R6、Q3、C5给UPC1099供电，使变换器输出。此时P2线圈通过D3、C6供给IC1所需的大电流。同时IC1的供电电压是固定的。这样其工作的波纹很平稳，输出噪声很小。C10、R15设定工作频率。脉冲信号通过R7、R8控制Q4振荡工作，经P1至S1副边电压整流滤波输出。双肖特基二极管D4作为副边绕组S1的整流二极管。L2为贮能滤波电感。C12、R17组成滤波器，其中C12为片式特质高分子铝电解电容，它的高频特性相当好，优于多层超陶电容和片式钽电容，400kHz下损耗电阻仅为0.09 。输出＋5V电压经R26、R27取样与IC2比较通过IC3电压控制电路反馈电压加在误差放大器输入脚2，控制脉宽平稳输出。R11、R12、C8作为死区时间设定，C8也是软启动电容。过电流由串接在Q4源极电阻R9检测，信号经限流电阻R10加到IC1过流端脚7进行保护。

下面按特色功能作一介绍。

1）内部抗干扰吸收络

图2电路中有多处吸收络以使整个电路功耗降低，噪声干扰小，避免电路自激。R17、C12为变压器原边P1的吸收络，减小对MOS管反压过冲和开关功耗。R19、R20、C14、C15为变压器副边S1的吸收络，减小肖特基二极管的冲击和修整波形，使输出噪声降低另外一方面。R23、C18、R25、C19为吸收补偿络使反馈相位更易同步，减小自激。R18、C13为输入输出间吸收络，可降低输出噪声。Co、L1、C1为EMI电路。

2）平滑防振络

平滑防振络主要是保证工作状态下性能稳定。C1、C4为输入滤波平滑电容。C2、C3为启动开关滤波电容及启动延迟。C5、C6、C9为IC1的电源滤波和基准电压滤波。C7、C11对于过压过流起平滑作用。R22防止输出过载时IC2电流过小的偏置络。R32同理。R28、R29防止空载时自激振荡。R24、D5为启动抗冲击保护电路。

3）保护电路

IC1的脚7为过电流关闭端，当电压达到200mV时，MOS管Q4就会逐渐关断。一旦关断，则脚7电压降到0V。

IC1的脚12为过电压关闭端，输出过压经R30、R31取样与IC4比较放大通过IC5反馈至脚12上，使电流经R16升压，当电压为2.4V时，脚9停止输出，电压马上下降数据永久重复使用。如果要解除过压关闭则电压必须降至2V以下，而且电源要重新启动（ON/OFF）一次。

4）振荡电路

振荡频率由脚15、16接的R15、C10决定。R15、C10对频率的影响如图3所示。

图3 CT、RT与振荡频率fo的关系

5）线路动态原理设计

（1）浪涌电流的防止

浪涌电流的防止电路由R1、R2、R3、Q1、C2、C3、Q2组成。利用R1对启动电流抑制。R1使48V输入电压的最大启动电流只有4.8A。当C2充电后Q1导通短路R1完成启动。ON/OFF控制端接高电位或悬空为ON，当接低电位（－48V）时即关断变换器。

（2）工作电路的启动及参数的选择

变换器启动电路包括R5、R6、D2、Q3、D3、C5、C6，其中D3、C6只有在启动后作供电用，启动时并不起作用。

当接通电源后，Vs经由R6、Q3向C5充电。在C5的电压没有达到IC1动作电压之前，会有小量的待机电流（ICC）通过UPC1099，大小为0.2mA左右。C5为10 F左右，Vs=48V时，只要0.5sRccb时间就能升到11.5V。电流值为：

i=uc5 C5/ t==0.23mA(1)

该电流应在待机电流以上，到达5mA时IC1动作。由此选择R6为

R6 （2）

式中：Vin(min)为输入最小电压36V；

Vcc为IC1动作开始电压11.5V。

则R6 ===56.98k

当IC1开始动作，消耗电流为15mA。此时电压持续上升至14.3V，D2导通，使IC1稳定工作，正常工作电流由辅助线圈P2、D3、C6提供，在选择上注意IC1元件的离散性。

（3）IC1软启动功能的实现

为了限制启动电流，必须使ton时间慢慢增加，toff时间逐渐减小，也就是说，导通占空比逐渐增加。同时启动时toff要在某一确定值，即死区时间（Deadtime）之上。IC1的脚1可决定toff的大小，从表1中可知当脚1电压在3.5V以上时toff=100％Ts；2.5V时toff=50％Ts；1.5V时toff=0％Ts。图2中5V参考电压（脚14）经R11、R12分压供给脚1。R11与C8并联，随着C8电容充电逐渐升高，脚1电压逐渐下降，完成软启动过程。经理论计算和实验确定R11为18k ，R12为16k ，C8为0.2 安装驱动安装的提示F。

（4）过电流值的设计

过电流信号由R9上获得，该信号经R10、C7平滑送至过电流关闭端脚7。R10 C7的乘积反映了动作的快慢，选择要适当。由于源极电流的峰值与副边输出电流成正比，也和R9上的电压成正比，既电流保护曲线为递减形。以保护电压为0.22V及R9为0.045监测电缆 时，匝数比为8/2，且效率为81％为例：副边的最大输出电流

Imax= 0.81=15.84A（3）

（5）过电压保护

输出过压保护环节由R16、C11、R30、R31、R32、R33和IC4、IC5等元器件组成。其保护设定由R30、R31取样调定。按一般公式计算为Vomax=2.5 （1＋）。如果要调整则在IC4的基准端并联可调电位器来改变过压保护点

（6）稳压控制原理设计

稳定电压由PWM及反馈电压所组成的环陶瓷滤料路来保证。在启动后，脚9输出脉冲宽度随脚2反馈的电压作微小的同步快速调整。如果输出电压Vo上升，并联调整器IC2的参考电压上升，IC2的阴极电流加大，光耦IC3反馈，使集电极电流增大，电阻R14上的电压上升，即脚2电位提高，使脉冲宽度变窄把输出电压Vo调回到变化之前的位置上。其计算公式为：

Vo= D Vs（4）

式中：Vo为输出电压（V）；

np，ns为原，副边匝数；

D为占空比；

Vs为输入电压。

5 75W直流变换器性能及尺寸

1）主要电性能

主要电性能见表2。

表2 ＋5V75W直流变换器电性能（Ta=＋25℃）

2）外型尺寸

外型尺寸61mm 58mm 15.5mm，外形与外形尺寸如图4及图5所示。其管脚功能如表3所列。

图4 外型图

图5 尺寸图

表3 引脚功能

3）安装使用注意事项

（1）散热片一定要安装在导热较好的散热器上，以保证满载时工作温度在规定的范围内，若不能满足时可加风冷。

（2）负载比较远时必须使用遥测端，将其接至负载两端，同时加电容滤除噪声干扰。

（3）若输入端距48V供电源比较远时，应在模块附近增加无感电容。

6 结语

通过以上的选择与分析，基本确定UPC1099是75W左右的直流变换器在正激式PWM电路中的最佳选择。同时增加一些元器件可使模块的功能扩大。这里关键性元器件是UPC1099和特质高分子铝电解电容。如果选用更低内阻的MOS管和同步整流可使效率更高，即可以推出更新更好的产品供通讯设备使用。

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