PWM 控制器Rechtek RT9214简介&原理分析(原创)

会员9903

   概述：本文主要以主板使用率最高的 PWM 控制IC RT9214 為例，詳細講解同步降压PWM DC - DC
               控制器工作原理。

1. 【RT9214 引腳排列及功能描述】
                  

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      Pin1(BOOT)#  自舉電源引腳。通過外部0.1UF 電容連接BOOT 與PHASE引腳，電容與二極管形成自舉升壓電路，為IC
                             內 部上橋MOSFET 驅動器提供驅動電壓
     Pin2(UGATE)#  上橋驅動輸出
     Pin3(GND)#      IC 內部電源接地
     Pin4(LGATE)#   下橋驅動輸出
     Pin5(VCC)#      此引腳連接5V 或12V 電源，這也是下橋驅動器電源
     Pin6(FB)#         IC 內部誤差放大器負反饋輸入端，通過連接外部電阻分壓網絡來調節輸出電壓
     Pin7(OPS)#       該引腳具有多功能過流保護設置，上橋開啟檢測和關斷功能。外部連接一顆電阻在OPS 與PHASE 之間
                              設置過流觸發點。引腳連接到地時IC 進行復位并關斷所有MOSFETS 輸出電壓。這個引腳也可檢測輸入
                             電壓情況和內部上電復位信號
     Pin8(PHASE)#   此引腳連接上橋MOSFET 源極與下橋MOSFET 的漏極

2. 【RT9214 內部功能方塊圖】
      

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3. 【RT9214 應用線路圖】
   

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4. 【電路分析】

     4.1 自舉(Bootstrap)電路分析：
       a. 自舉電路組成：
         以上線路圖中，由 D35,BC9，U28 pin1 構成自舉電路。其中，BC9 為自舉電容,D35 為隔離二極管(也可稱為升壓
        二極   管)，通過與U28 pin1 連接，將自舉電壓加到U28 內部的上橋MOSFET 驅動器電源腳。

       b. 設置自舉電路的原因：
         參閱上圖，如果不加入自舉電容BC9,UG1 MOSFET 的柵極(Gate)為high 期間MF7 將導通，放大。此時MF7 的源極
         (source)迅速升高并逼近于VCCSTR,造成MF7 MOSFET 柵極與源極(Vgs)之間的直流工作電壓減小。
         MOSFET 柵極與源極(Vgs)之間的工作電壓減小后，MOSFET很容易進入變阻區，使MOSFET Gate 不能有效地控制漏極
        (Drain)電流。換句話講，在MOSFET 柵極與源極(Vgs)之間的工作電壓減小后，柵極電位需要升高許多才能使MOSFET 漏
        極電流有一些增大，這顯然使UG1 工作時受到抑制，造成上橋輸出能量不足，因此必須采取措施來加以補償，即采用自
         舉升壓電路。

      c. 自舉電路靜態情況分析：
        在靜態時，VCCSTR 經D35 對BC9 充電，使BC9 上充有上正下負的電壓Uba，這樣電路中的B 點的直流電源等于A 點的
        直流電壓加上Uba，B 點的直流電壓高于A 點電壓。

      d. 自舉過程分析：
         加入自舉電路后，由于 BC9 的容量較大，它的放電回路時間常數很大，使BC9 上的電壓Uba 基本不變。這樣，當UG1
        電壓升高時，A 點電壓升高導致B 點電壓也隨之升高。
        電路中，B 點升高的電壓經U28 pin1 加到U28 內部的上橋MOSFET 驅動器電源腳，使UGATE 輸出電壓更高(正反饋過程)，
        有更大的的UG1 信號電壓激勵MF7 MOSFET，使MF7 源極的輸出電流繼續保持，補償了MF7 MOSFET 柵極與源極(Vgs)之
        間的直流工作電壓下降造成的輸出電流不足，這一過程就稱為自舉。

      e. 隔離二極管D35 分析：
         自舉電路中，D35 用來將B 點的直流電壓與直流工作電壓VCCSTR 隔離，使B 點直流電壓有可能在瞬間超過VCCSTR。
         當 MF7 上橋工作時，A 點電壓接近VCCSTR，B 點直流電壓就更大，并超過VCCSTR，此時B 點將對低電位反向充電。
        如果沒有接二極管D35(將D35 短接)起到隔離作用，則B 點直流電壓最高為VCCSTR，而不能超過VCCSTR，此時無自舉
        作用，可見設置了隔離二極管，自舉電路才能正常工作，所有又稱此為升壓二極管。

     4.2 RT9214 工作原理分析：
          a. RT9214 簡介：
            RT9214 是一個高效的同步降壓脉衝寬度調制(PWM)控制器，它能為PC 底層系统提供逻辑电源电压。这是個高性能
          的驅動器，內部具有軟啟動，頻率補償網絡以及整體控制，集輸出調整，監控保護功能于一體。這個器件工作時產生      
          300KHZ 的固定頻率供應，提高了效率，減少了外部元件和成本。可调的过流保护电路通过检测下橋MOSFET RDS(ON)
          上的电压降，實現同步PWM DC-DC 降壓調整。

         b. PWM RT9214 工作原理：
          RT9214上電后其內部振蕩器(Oscillator)產生一個300KHZ的振蕩頻率，方波信號直接加到gate control logic電路，提
        供穩定的方波信號。同時另一路鋸齒波信號加到GM error amplifier后級反相輸入端，300KHZ的鋸齒波信號與GM輸出的
       誤差信號對比(比較放大器)，再加到gate control logic電路，通過FB反饋量的大小調節high side and low side duty ratio。
            Vout = Vref x (1+ER23/ER22)
            Vref: Internal reference voltage (0.8V +/-2%)

           未完，待续......

会员9903

回复 花都天使 的帖子

补上了一点，供参考！

会员277291

有一点不好，繁体字看这有些不爽

会员34239

最好有电源管理芯片搭配的电路说明！

会员285283

这样的分析对新手很重要，收了！

会员199154

学徒受益了 不错的应用电路原理讲解

会员373523

收藏了..以备用途

会员431499

各脚的电压是多少呀？

会员879526

赞！！！！！！

会员975672

看到都眼花了。

会员1114643

分析的真透彻，开关电源知识运用的淋漓尽致。