iris4015系列简要原理

　　iris4015系列是一种专为准谐振工作方式的反激式变换器，其最大优点是将准谐振反激式变换器的控制电路和高压mosfet集成在一个to-220封装中，因此不需要另外设置开关管。iris4015系列的内部原理框图如图1所示。

图1 iris4015系列的内部原理框图

1 电路的启动与限流工作

　　与大多数开关电源控制芯片一样，iris4015的启动仅仅需要在vcc端与直流母线间接一只启动电阻即可。其限流工作方式与大多数峰值电流型芯片的限流工作方式基本相同，详尽原理不再赘述。

2 电压反馈模式

　　为了实现电压稳定，可以利用电压反馈来实现，电路如图2所示。

图2 电压控制反馈时的振荡器的工作模式

由图2可知，只要ocp/fb端电压达到0.73v，内电路就会将mosfet关闭。那么，只要利用电压反馈控制ocp/fb端电压达到0.73v时就可以实现输出电压的稳定。如果将电压反馈信号通过光电耦合器和r2送到c5端，这样v_c5将不仅是漏电流在r5上的电压，而是r5电压与反馈电压的迭加。反馈电压越强烈，其作用越大，c5电压达到0.73v的时刻就越早，而mosfet的导通时间越短，向输出端传输的能量越小，从而实现了输出电压的稳定。

3 准谐振工作方式

　　实现准谐振工作方式的关键是保证主开关在v_ds为极小值时将主开关开通，剩下的问题就是如何检测到这个极小值。可以采用检测辅助绕组电压的方法来快捷地检测开关管的漏-源极电压的极小值。具体实现方式见图3。

图3 准谐振工作模式与主要波形

当变压器的储能释放尽，c4与变压器初级谐振。当变压器各绕组电压过零时，维持ocp/fb端的“高电位”消失，c5、c3将通过iris4015内部电路和r4、r5以1.35ma电流放电。当ocp/fb端电压下降到0.73v时，iris4015内部的控制电路驱动主开关导通，从而完成准谐振的工作模式。

在这里，c4、c5放电规律不随输入电压和负载电流变化，因此一旦c4的电容量、变压器初级电感确定，c3、c5放电到0.73v的延迟时间也随之被确定。

4 轻载工作条件的改善

　　由于电路工作在准谐振状态，满载时的开关频率大约为30khz。随着负载的减小，变压器释放储能的时间变短，使开关频率上升，空载时可以达到300khz。这时，由于iris4015工作在准谐振状态，因而有零导通宽度。mosfet工作在其特性曲线的线性（或饱和）区。图4给出了典型波形。这是因为在很窄的导通脉宽下，驱动器在门极电压还上升时，使驱动输出关断，然后通过漏源之间饱和电压的上升来控制施加在变压器上的电压。当工作在轻载、准谐振模式时，就会发生上述情形，但是不会引起其他问题。显而易见，频率较高时，上升时间受准谐振电容的限制，增加了损耗，从而降低了效率。这时，开关在prc模式极其有利，能保持损耗和效率在一个合理的水平。当负载变轻时，主开关可以不在第一个电压极小值时导通，可以在谐振的第二个极小值导通；轻载时则可以越过若干的极小值后再导通。这样就可以有效的降低轻载、空载时的开关频率。

图4 空载时谐振状态下的v_ds波形

对于iris4015，可以采用图5的电路。增加光电耦合器2（它可使准谐振信号反馈起作用或失效）可以使工作模式在准谐振模式和prc模式之间转换，即图中电路a。

图5 qr/prc工作方式转换电路

通过增加如图5所示的电路b可使在轻载时将转换到prc工作模式。当次级电压下降时，pnp晶体管关断使驱动绕组的电压也跟着下降，因此切断了ocp/fb脚准谐振信号反馈。一旦信号被切断，通过内部振荡器转换到prc工作模式，工作频率也减降低到大约20～40khz。

变压器的数据

　　在很多情况下，反激式开关电源的变压器的数据是设计过程中的主要数据之一。输出24v的100w准谐振式开关电源的工作条件为：最大的占空比d_max=0.4；最小工作频率f_min=50khz；周期：t=20μs；最小输入直流电压：v_dcmin=200v；反馈电压：133v；最大导通时间：8μs。

　　对应的变压器的数据为：变压器铁芯型号为eer35l磁芯；变压器初级绕组匝数：66匝；变压器次级绕组匝数：12匝；