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　　文中詳細介紹了電壓型有源箝位正激控制IC-LM5027的特點、引腳功能、工作原理及應用電路。LM5027包含了很多新技術特色，除基本的有源箝位正激電路的常規功能之外，還增加了三個輸出信號之間的埋單延遲調節，從而能更好地實現低EMI和高效率的功率變換。

　　LM5027脈寬調制器的主要特點有：電壓型控制，加入電壓前饋功能;內部105V的高壓啟動源;可調節的欠壓關鎖;兩種模式的過流保護方法;可調節的伏秒積限制;可調節的軟起動時間;可調節的同步整流器驅動的起動和停止;精準的0.5V過流比較器;電流檢測功能加入前沿消隱;可調的兩輸出之間的延遲時間，以達到ZVS開關。

　　LM5027的基本應用電路如圖1所示。

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　　1 引腳功能介紹

　　LM5027的20個引腳功能如下：

　　1 PIN VIN：高壓起動源輸入，輸入工作電壓范圍為13～90V，最大耐壓為105V，LM5007也可以從VCC直接給外偏置源。

　　2 PIN RAMP：電壓前饋調制端，外部從VIN接一RC電路，設置PWM斜波斜率，在每個周期結束時放電，如果此端電壓超過2.5V，即限制最大伏秒積到變壓器初級。

　　3 PIN TIME3：延遲調節，外部接一個電阻，設置主箝位輸出的重迭延遲，RTIME3電阻接于此端到AGND，設置OUTA關斷到OUTB開啟的脈沖延遲。

　　4 PIN TIME2：延遲調節2，外部接一支電阻設置OUTSR輸出的重迭延遲，RTIME2接于此端到AGND，設置OUTA關斷到OUTSR開啟的脈沖延遲。

　　5 PIN TIME1：延遲調節1，外部接一支電阻設置箝位輸出的重迭延遲，RTME1電阻接于此端到AGND，設置OUTB和OUTSR關斷到OUTA開啟之間的重迭延遲。

　　6 PIN AGND：IC的模擬地，直接接到PGND。

　　7 PIN RT：振蕩頻率設置及外同步輸入，通常內部放大器偏置在2V處，外部接一電阻到AGND，設置振蕩頻率，外部送入高于內部振蕩器頻率時即同步到外部頻率。

　　8 PIN COMP：接到脈沖寬度調制器處，外部反饋光耦，直接接在此端，經內部NPN電流鏡源入電流，PWM占空比在零輸入電流時最大，在1mA電流送入時占空比為0，電流鏡可以改善頻率響應.它減少了光耦中光電三極管的AC電壓。

　　9 PIN REF：輸出5V的基準電壓源，最大可供出10mA電流，外接0.1μF電容旁路去耦。

　　10 PIN OUTB：輸出驅動器，外部驅動箝位MOSFET(P型)的柵，源出漏入電流能力為1A。

　　11 PIN OUTA：輸出驅動器，外部驅動功率MOSFET (N型)的柵，源出漏入能力為2A。

　　12 PIN OUTSR：控制二次惻同步整流的MOSFET的柵，源出漏入電流能力為3A。

　　13 PIN VCC：IC起動穩壓器的輸出，即內部高壓起動源的輸出，起動時為9.5V，正常運行時為7.5V，如果外接輔助繞組整流的電壓要略高于此電壓，此時內部高壓起動源將關閉，以減小IC功耗。

　　15 PIN CS：電流檢測輸入端，在IC內作逐個周期式限流，如果CS端電壓超過500mV，IC輸出驅動將終止，進入逐個周期式限流模式，在CS端電壓降下后100ns主輸出OUTA開關變為高電平，消隱前沿。

　　16 PIN SS：軟起動輸入，內部一個20μA電流源給此端外部軟啟動電容充電，設置軟啟動速率。

　　17 PIN RES：重新啟動時段。如果逐個周期式限流電平在任何一個周期中達到，一個22μA電流源流進RES電容，如果RES電容電壓充電到1.0V，就開始打嗝模式，SS和SSSR電容即放電，控制器輸出終止RES電容上的電壓在4V和2V之間抖動八次，第八次之后SS端電容被釋放，開始正常的啟動順序。

　　18 PIN SSSR：同步整流器輸出的軟起動。一支外部電容和內部25μA電流源來設置同步整流器輸出(OUTSR)的軟起動斜波。

　　19 PIN OTP：過熱保護。OTP比較器用于過熱關斷保護，外部接一個NTC熱敏電阻分壓器來設置關斷溫度。OTP比較器閾值為1.25V。窗口當OTP端電壓超出閾值時，由內部電流源20μA流入外部電阻分壓器。

　　20 PIN UVLO：路線欠壓鎖定，外部從VIN處接一個電阻分壓器來設置關斷點及待機比較器的電平，VCC和REF兩個穩壓器在UVLO達到0.4V時關斷，而UVLO為2V時，SS端被釋放，器件重新工作。窗口由內部電流源(20μA)和外部分壓器電阻設置。

　　2 內部結構及功能

　　2.1 高壓起動源

　　LM5027 IC內部有一個高壓起動穩壓器。它的VIN端可以直接接到線路輸入電壓(100V)穩壓器輸出電流限制在55mA，當UVLO端電壓超過0.4V時。VCC穩壓器使能，接到VCC外部的電容充電，VCC穩壓器再提供能量給電壓基準REF及三個柵驅動輸出。當VCC電壓達到9.5V時。控制器的輸出使能，內部基準達到5V穩壓點。UVLO端電壓大于2V。OTP電壓大于1.25V，輸出驅動進入正常運轉，除非UVLO低于2V。OTP端降到1.25V以下。VCC電容值取決于系統設計和啟動特性，標準值為0.1～100μF。在典型應用中變壓器輔助繞組必須能經過二極管到VCC的電壓達到2.5～7.5V。經過輔助繞組供電可以改善效率，減少控制IC的功耗。此時高壓起動源關斷，如果直接使用外部供電源可以將VIN和VCC接在一起。

　　2.2 線路欠壓檢測器

　　LM5027有兩個電平檢測的UVLO電路。當UVLO大于0.4.V，但還低于2V時，控制器處于待機模式。此時VCC和REF兩個穩壓器激活，但控制器的輸出還被禁止。這個特點使LM5007用于遙控功能。令UVLO低于2V時，LM5027進入軟關斷程序。0.4V的關斷比較器有100mV的窗口。當VCC和REF輸出超過其給定的欠壓閾值。UVLO端電壓也大于2V。OTP端電壓大于1.25V時，控制器輸出使能。進入正常工作。外部電阻分壓器從VIN接到GND，可以用來設定最小工作電壓。此時的UVLO必須大于2.0V。如果此值滿足，則三個輸出都被禁止。UVL0的窗口由內部20μA電流源決定。

　　2.3 逐個周期式限流

　　CS端由變壓器初級電流的代表信號驅動。如果CS端電壓超過0.5V。電流檢測比較器就會終止三個輸出驅動脈沖。占空比取決于該比較器，替代了PWM比較器用一個小RC濾波器接到CS端以抑制噪聲。內部5Ω的MOSFET在每個周期結束時，會放掉CS外部電容上的電荷。在OUTA驅動器開關為高電平的30ns之前。放電MOSFET的內部處于導通狀態。以消隱電流檢測電路的前沿瞬態。在每個周期中，CS端放電，消隱前沿尖峰可以減小對濾波的需要，并改善電流檢測的響應時間。電流檢測比較器動作非常快。并在噪聲脈沖期間迅速響應。

　　2.4 重新起動時間延遲(打嗝模式)

　　LM5027提供一個限流重新起動時段去禁止輸出。并強制其延遲重新起動，如果重復檢測到了限流條件，將有數個逐個周期式限限流動作，此時去觸發重新起動，其采用在RES端放一個電容來實現，在每個PWM周期內，LM5027從RES端或者源出或者漏入電流，如果沒有限流條件檢出。漏入5μA電流將RES端電平拉到GND。如果檢出限流條件，則禁止此5μA漏入電流，而是源出22μA電流使RES端電壓大幅增加。如果RES端電壓達到1V閾值，就出現下面的重新起動過程：

　　◇SS和SSSR電容全部放電。

　　◇RES 20μA電流源關斷，5μA電流源開啟。

　　◇RES端電壓允許充到4V。

　　◇當RES端電壓達到4V時，5μA電流源關斷，5μA電流漏開啟。RES端電容電壓下降到2V。

　　◇RES電容電壓在2V和4V之間往返八次。

　　◇當次數到八次時，RES端電壓拉下，軟起動電容被釋放，開始軟起動程序。SS電容電壓慢慢增加，當SS端電壓達到1V時，PWM比較器將產生第一個窄脈沖在OUTA處。

　　◇當SS端電壓達到4.0V時，SSSR端被釋放，以25μA電流源充電。同步整流器軟起動進入運轉期。

　　◇如果過載條件在重新起動后仍存在。逐個周期式限流又將開始，并增加RES端的電容電壓，重新進入打嗝模式。

　　◇如果過載條件在重新起動后，沒有延長，則RES端將幫助以5μA電流漏放電到GND，恢復正常工作。

　　2.5 軟起動

　　軟起動電路允許穩壓器逐漸增加輸出電壓一直到穩態工作點。因此減少了起動應力和浪涌電流，當偏置源給LM5027供電時，SS端電容由內部MOSFET放電。當UVLO、OTP、VCC和RES端達到工作閾值后，軟起動電容被釋放。開始以22μA電流源充電。當SS端電壓達到1V時，輸出脈沖命令以慢慢增加占空比的方式給出，SS端電壓最后達到5V。PWM比較器上的電壓由所需的電壓限制。其由COMP端的反饋環電壓決定。當軟起動電壓達到4.0V時。SSSR端的電容釋放并以25μA電流源充電。當SSSR端電壓達到大約2.5V時，內部同步整流器的PWM電路逐漸增加同步整流器的占空比(OUTSR)。此占空比正比于SSSR端的電壓。延遲的SSSR柵驅動脈沖直到主電路軟起動完成之后才允許輸出電壓達到調整值。這個延遲可以防止同步整流器從輸出端漏進電流。

　　2.6 軟關斷

　　如果UVLO端電壓降到待機閾值2.0V以下，但還可以高于0.4V的關短閾值，同步整流的軟起動電容以20μA電流源放電，這樣禁止了同步整流器。在SSSR電容放電到2.0V后，軟起動和同步整流迅速放電到GND電平。終止PWM脈沖于OUTA、OUTB和OUTSR處，PWM脈沖在SSSR電壓減小時停止。如果VCC或REF電壓降到給定電壓以下。即開始軟關斷程序。

　　2.7 外部過熱保護

　　在REF、OTP和AGND之間用電阻分壓器設置一個點，如圖2所示。這即是一種過熱保護的方法。熱敏電阻NTC放在分壓器的低處。分壓器必須設計成過熱時在OTP端為1.25V以下。OTP的窗口由內部20μA電流源完成。其開或關都會進入外部的分壓器。當OTP端電壓超過1.25V時。電流源激活，迅速令OTP端電壓上升。當OTP端電壓低于1.25V時。電流源關斷。會使OTP端電壓迅速下降。當降到1.25V以下時。LM5027將通過軟關斷方式停止工作。

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　　2.8 PWM比較器

　　脈寬調制器比較器比較RAMP端的電壓斜波和環路反饋的誤差信號。環路誤差信號從隔離電路反饋接收。其由光耦中的NPN晶體管加一支5K電阻接于5V基準電壓處取得。在PWM輸入處約1V電平。光耦直接接于REF和COMP之間。因為COMP端為電流鏡輸入。跨過光耦的檢測器接近恒定。帶寬限制了相位延遲。PWM比較器的極性使之沒有電流進入COMP端。控制器此刻在OUTA處產生最大占空比。

　　2.9 前饋斜波

　　外部電阻REF和電容CFF接于VIN、AGND間。RAMP端需要建立一個PWM斜波信號，如圖3。信號斜率在RAMP端會產生變化。其正比于輸入電

　　壓。這種變化的斜率提供了線路前饋信息，可以改善電壓控制型的瞬態響應。RAMP信號與脈寬調制器比較誤差信號，使導通時間與輸入電壓成反比。穩定變壓器的伏秒積比傳統電壓形控制有很大改進。結果反饋環僅僅需要很小的校正去應對大的輸入電壓變化。在每個時鐘周期結束時，IC內一個10Ω的RSDON的小MOSFET使能，去將Gff電容復位到GND電平。

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　　2.10 伏秒積鉗制

　　外部一支電阻REF和一個電容CFF連接于VIN，RAMP和AGND之間。需要建立一個鋸齒調制斜波信號，見圖3。RAMP的斜率變化正比于輸入電壓，并改變PWM斜波的斜率。其與輸入電壓提供的線路前饋信息成反比，用此改善電壓控制型的瞬態響應。用一個恒定的誤差信號令導通時間的變化與輸入電壓成反比，以此穩定變壓器初級的伏秒積。

　　伏秒積箝制比較斜波信號和固定的2.5V基準。合適地選擇RFF和CFF，主開關的最大導通時間可以按照所需要的區間來設置，以便在200k Hz 18V線路電壓時實現90%的占空比。200kHz頻率及90%占空比需要4.5μs的導通時間。在18V輸入時，伏秒積為81μs(18V×4.5μs)來實現這個箝制水平。

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　　選擇CFF=4.70pF，則RFF=68.9kΩ。

　　推薦電容值，應對CFF為100～1000pF。CFF斜波電容在每個周期結束時由內部開關放電。此開關可以接到PWM比較器或CS比較器，或者伏秒箝制比較器。

　　2.11 振蕩器及外同步能力

　　LM5027的振蕩器頻率由外部電阻設置。其接于RT端和AGND之間。為了設置需要的振蕩器頻率。RT電阻用下式計算：

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　　例如要200kHz頻率，則RT=27.4kΩ，RT電阻要緊靠IC。直接接于RT與AGND端。外部電阻的偏差和頻率的偏差必須在電氣特性之內。LM50 27可以同步到外部時鐘，加一個窄脈沖到RT端即可。外部時鐘頻率至少要高于自由運轉頻率10%。如果外時鐘頻率低于RT決定的頻率，LM50 27將不會去同步。外同步脈沖要經過一支100pF電容接到RT端，脈寬要15～150ns。當同步脈沖傳輸從低電平到高電平時(上升沿)RT端電壓必須超過3.2V。在時鐘信號為低電平時，RT端的電壓將箝在2V，RT端穩壓器的內阻大約100Ω。RT端的電阻總是要接入的，無論是自由振蕩還是外同步。

　　2.12 柵驅動輸出

　　LM5027包含三個獨立的柵驅動器。OUTA為初級主開關驅動器，設計為驅動N溝MOSFET的柵，源出漏入電流為2A。箝位驅動器OUTB設計為驅動P溝MOSFET的柵，源出漏人能力為1A。第三個驅動器為OUTSR，用于驅動二次側同步整流的MOSFET。經過變壓器或隔離驅動器。驅動OUTSR的驅動器源出漏入能力為3A。

　　2.13 驅動延遲時間及調整

　　三個獨立的時間延遲調整允許一個大的柔性的死區給用戶去將系統的效率最佳化。有源箝位輸出(OUTB)與主輸出(OUTA)在一個區間。有

　　源箝位的輸出要覆蓋主輸入。覆蓋時間提供死區給主開關和P溝箝位開關，分別在其上升沿和下降沿。上升沿控制由TIME1端設置，下降沿控制用一個電阻從TIME3端到AGND設置。

　　PWM的上升沿與OUTB的上升沿同時動作，OUTSR輸出的下降沿與之沒有延遲。OUTSR的上升沿在主開關(OUTA)關斷之后用電阻從TIME2端到AGND設置。

　　2.14 過熱保護

　　內部熱關斷電路由集成電路在最大結溫超出時提供保護。當芯片溫度超過165℃時，控制器強制進入低功耗待機狀態，關斷三個輸出驅動。偏置源VCC和REF也被禁止。過熱保護特色可以防止芯片毀壞。在熱關斷后重新起動時，軟啟動電容完全放電，控制器在結溫降到145℃以下時按順序重新起動。

　　2.15 VIN

　　加到VIN端的電壓通常與系統電壓及變壓器初級的電壓是相同的，其允許的變化范圍是13V-90V，瞬間能承受150V。進入VIN端的電流取決于VCC驅動的電容負載和開關頻率。如果VIN進入的電流超出其封裝能力，則應該采用外部電壓加到VCC端，見圖4，去禁止內部起動源，VCC降至7.5V，如果外加電壓，則為8～15V。VIN到VCC的串聯穩壓器包含VIN到VCC之間的二極管，在正常工作時，此二極管不會正向偏置。VCC電壓絕對不能超過VIN電壓。

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　　在輸入電壓大于100V的應用的情況下，由外部電源給IC供電，將VIN與VCC端接在一起，如圖5所示。工作電壓為10～15V，推薦用13V，這樣可以關斷內部的高壓起動源。

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　　2.16 UVLO

　　欠壓閂鎖閾值在內部UVLO端設置在2V，外部用兩支電阻組成分壓器接于UVLO端，如圖6所示。

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　　LM5027的VPWR加UVLO端電壓超過2V時，LM5 027才能工作。低于此值時，內部20μA電流漏使能，減小UVLO端電壓，使IC閂鎖。UVLO電壓超過2V時，電流漏關閉，R1和R2電阻值推薦如下：

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　　此處，VHYS為UVLO在VPWR電壓下的窗口，VPWR為開啟電壓，如果LM5027在VPWR達到34V時使能，窗口為1.8V，則R1為90kΩ，R2計算出為6.19kΩ。LM5027將在UVLO達0.4V時關斷，外部加一支NPN晶體管可以控制IC的關斷。

　　2.17 電壓反饋

　　COMP端是用來接收光耦反饋的，典型電路如圖7所示。光耦的光電三極管接于REF和COMP之間，當輸出電壓低于穩壓值時，沒有電流流入COMP端，LN5027即工作在最大占空比，反饋用的誤差放大器要用合適頻率的補償網絡，放大器的輸出去驅動光耦的發光二極管，在LM5027內經過電流鏡將信號送入IC內部。

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　　2.18 電流檢測

　　CS端接收初級電流信號，此電流信號可以經過電流互感器或經過采樣電阻送入，如圖8，圖9所示。它們建立起電壓斜坡經RF和CF濾波后送入LM5027的CS端。當過流條件出現時，CS端電壓要達到0.5V，這時LM5027會立即終止輸出。在RES達到1V時，軟起動電容放電，LM5027進入打呃工作模式，打呃時間由RES端電容決定。

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　　2.19 打呃模式限流

　　在打呃模式下的工作時間要在RES端達到1.0V下，tCS為：

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　　如果CRES=0.047μF，LCS大約為2.14ms，RES端電壓達到1V時，22μA電流源關斷，一個5mA電流源開啟，打呃模式時間為：

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　　當V為2.0V CRES=0.047μF時，打呃時間為179ms，在打呃模式關斷后，RES端電壓拉低，軟起動電容被釋放，可以重新開始軟起動，軟起動時間trestart為：