MC33374 LED驱动电源：无辐射设计优化

MC33374是美国Motorola公司于2000年推出的电源控制五端单片集成电路，它有五个引出端，具有抗干扰无辐射、高功率输出等最佳性能，芯片被广泛用于办公自动化设备、LED路灯、仪器仪表等电子产品中。MC33374属于MC33370系列，它有17种型号。

1.MC33370系列性能特点

MC33370芯片内部集成有：状态控制器、欠电压锁定比较器、PWM比较器、PWM调制器、误差放大器、振荡器、电流极限比较器、8分频器，还有功率驱动电路、上电复位电路、外部关断电路、过热保护电路、偏置电路、门电路、导通延迟电路、前沿闭锁电路等称为“8器”“8路”结构。采用双脉冲抑制逻辑电路，保证时钟周期内脉宽调制器只能输出一个脉冲。集成度之高、功能之广，使电源控制技术达到新的水平。电路应用于PC待机电源、机顶盒电源、微处理器控制电源、适配器电源等。

1）芯片采用双脉冲抑制逻辑，使脉宽调制周期内，每个时钟只能输出一个脉冲，确保电源控制稳定、不产生误动作。其控制状态采用可编程控制。这种控制的特点，只需改变外部电路，即可实现手动控制、数字电路控制、微机操作和禁止操作等。

2）片内集成了检测电阻R_s，电阻处在无功率损耗状态下检测漏极电流I_D的变化，进行过电流、过载保护。增强型高压MOS场效应晶体管，它不仅使开关电源工作可靠，还能提高电源转换的效率。

3）该芯片设置了欠电压锁定电路和外部关断电路。欠电压锁定就能使电路在正常输出之前，对电路的运行状态进行跟踪警示，随时准备不测。外部关断是处理由反馈信号来的信息，当误差放大器输出电压出现异常时，立即关断功率开关管，起着欠电压、过电压保护作用。

4）占空比调节范围宽，达到0.9%～74%，它意味着，当输入电压变化很大时，电源的输出电压能保持稳定，使电源电压调整率大为提高。

5）芯片还具有过热保护的功能。工作结温的范围是-40～150℃，电源如果超出这一范围，片内的温度传感器立即通知热关断电路，向主控门发出指令，主控门立即关断功率开关管，起到过热保护。图4-23是MC33374系列引脚排列图。

6）电源效率高、功率损耗低、抑制辐射能力强、电磁兼容性好是这种模块式控制芯片固有的特长，也是当今世界各地被广泛使用的一个重要原因。如果供电交流电网的变化量不超过20%，那么高频变压器的反馈绕组可以去掉。这对减小电源体积、降低成本有利。

2.MC33374的工作原理

由MC33374构成的15V/6A（或15V/3.5A）开关电源电路如图4-24所示。

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图4-23 MC33374系列引脚排列图

交流输入电压V_i的允许变化范围是85～265V。整流桥VD₁～VD₄采用4只1A/600V的1N4006型硅整流二极管。一次保护电路由RC吸收回路（C₆、R₂）和钳位保护电路（VS和VD₅）构成，能有效地抑制因高频变压器存在漏感而产生的尖峰电压，保护MC33374的内部开关管不受损坏。VS采用P6KE200A型瞬态电压抑制器，它的反向击穿电压V_B=200V。VD₅选用MUR160型超快速恢复二极管。C₄是V_CC端旁路电容。图中R₃直接接地，能提高模式转换的可靠性。VD₈、C₁₃是反馈绕组输出端的整流滤波元器件。二次高频整流管VD₆采用大电流、低压降的肖特基二极管，型号是MBR3045（30A/45V）。VD₇是续流二极管，使V_o得到稳压输出。VD₇对于大电流、低电压输出电路是有效的。C₈、C₉和L₁、C₁₀、C₁₁等元件组成输出滤波电路。由于L₁的电感量为5_μH，而大容量的滤波电容C₈、C₉、C₁₀存在等效电感对L₀，会直接影响到L₁的实际电感量变为L₁+L₀。因此需将C₈、C₉并联使用，使L₀减小一半，对L₁的影响也随之减小。L₁的后面采用直流电阻仅为0.005Ω的磁珠MB，它对抑制噪声干扰能起到很好的作用。

图4-24 90W（52W）无辐射、高功率开关电源电路

精密并联稳压器IC₃（TL431）构成外部误差放大器，再与光耦合器IC₂串联，组成光耦合链式负反馈电路。反馈电压V_FB加到MC33374的反馈端2脚。它的稳压原理是：当输出电压V_o发生波动时，经R₅、R₆分压后得到取样电压并与TL431中的2.5V基准电压进行比较，产生外部误差电压V_r，再通过光耦合器，使反馈电流I_FB产生反馈电压V_FB，两者进行比较，并以此调节输出占空比，达到稳压的目的。C₁₄用于消除高频变压器的一次、二次侧间耦合电容造成的共模干扰，称为安全电容（也是两个地的连结电容）。C₁₂为控制环路的补偿电容，是为控制信号滞后而设置的。R₄为LED的限流电阻，可使IC₂稳定工作在具有线性的大电流传输比上。输出电路为6路LED（每组5只LED），共30只大功率白光LED灯，每路电流为900mA，工作电压为3V，作射灯和路灯照明。

MC33374的1脚是工作电压输入端，是芯片的动力电源。芯片在启动时，必须通过5脚给1脚提供10V以下的工作电压（V_CC）。当V_CC＞8.5V（工作阈值电压）时，启动电路中的MOS场效应晶体管立即关断，而功率开关管开始工作。电路启动后，从高频变压器二次绕组上即可获得正常的输出电压，此时反馈绕组N_F正式工作，向芯片供电。一旦开关电源发生过载或短路故障，致使V_CC＜7.5V（欠电压阈值电压），功率开关管就关断，而供启动用的MOS场效应晶体管则工作，芯片进入自动启动工作模式。使用时，V_CC端一般与2脚短接。

2脚为反馈信号输入端，它的内部的15Ω电阻接在误差放大器的反相输入端上，它能周期性地控制功率开关管的通断。反馈端的上、下阈值电压分别为8.5V和7.5V，有1V的滞后电压。显然，链式反馈电压V_FB反映了开关电源输出电压的高低。反馈绕组的输出电压经高频整流和滤波后形成反馈输出电压，再通过光耦合器中的光敏晶体管接至反馈端。光耦合器的发射管接在取样电路中。反馈绕组的信号经R₁、C₄接地。C₇有3个作用：首先它是启动电路的定时电容；其次与R₃一起对反馈环路进行补偿；第三它是工作电源电压V_CC的旁路电容，在启动过程中通过对C₄进行充电，建立V_CC电压。

3脚（GND）为接地端。它是控制电路与功率开关管的公共地，也可作为IC₁上面的散热器的接地端。

4脚（SCI）为状态控制输入端，简称状态控制端。它是多功能输入端，电路只配少量外围元器件，就能构成多种方式来控制变换电路的开关状态。它一般具有6种控制方式：①利用按键触发方式来选择工作模式；②配微控制器进行开关操作；③给状态控制器配以低压保护电路，使在模式转换过程中不会引起开关电源输出电压的波动；④利用数字信号进行控制；⑤接上延时电路将构成延时控制；⑥禁止对状态控制器进行操作，称为禁止控制。禁止控制时其余5种控制方式失效。

5脚（D）为功率开关管的漏极引出端，它能直接连接高频变压器的高压电源。它与内部启动用MOS场效应晶体管的漏极相连接。