开关电源次级智能电压型PWM控制芯片KA3511

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、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
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％（4.9V≤Vref≤
5.1V）；
（9）电源电压VCC=14～30V，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：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=47kΩ，R2=1kΩ，故VDTC(LOW)≈105mV。

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[=3mA×R2（1kΩ）]。

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＋1 2V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、4
V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OV P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10（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12kΩ的电阻和脚8外部0.01μF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（2.2μF）用作电源好（PG）信号延迟，脚17外部电容（2.2μF）用作UVP延迟。