KA7500B引腳功能與典型應用電路深度解析

　　KA7500B是一款廣泛應用于開關電源（SMPS）控制的脈寬調制（PWM）控制器集成電路，由韓國飛兆半導體（Fairchild Semiconductor，現屬安森美半導體ON Semiconductor）生產。它以其穩定性、可靠性、易用性以及成本效益，在各種電源設計中占據了重要地位，從DC-DC轉換器到AC-DC電源適配器，再到工業電源和消費電子產品中都隨處可見其身影。理解KA7500B的引腳功能及其在典型電路中的應用，對于電源工程師和電子愛好者來說至關重要。

　　KA7500B概述

　　KA7500B是基于經典的TL494 PWM控制器設計的改進版本。它保留了TL494的核心功能，如內部振蕩器、誤差放大器、PWM比較器、輸出驅動器和死區時間控制，同時在性能和可靠性方面進行了一些優化。KA7500B通常采用16引腳雙列直插式封裝（DIP-16）或表面貼裝封裝（SOP-16），這使其在各種電路板布局中都能靈活應用。

　　KA7500B的核心功能是生成可控的PWM波形，用于驅動開關元件（如MOSFET或IGBT），從而調節輸出電壓或電流。其內部集成了構建一個完整的閉環開關電源所需的大部分功能塊，大大簡化了電源設計。它支持單端正向轉換器、反激轉換器、推挽轉換器、半橋和全橋轉換器等多種拓撲結構。

　　KA7500B引腳功能詳細介紹

　　KA7500B通常采用16引腳封裝，每個引腳都有其特定的功能。理解這些引腳的功能是正確使用KA7500B的關鍵。以下是對每個引腳的詳細說明：

　　1. 引腳1 (INV): 反相輸入端 (Inverting Input of Error Amplifier 1)

　　引腳1是KA7500B內部第一個誤差放大器的反相輸入端。誤差放大器在PWM控制器中扮演著至關重要的角色，它用于比較輸出電壓（或電流）的采樣值與一個設定的參考電壓，并根據兩者之間的差異產生一個誤差信號。在這個反相輸入端，通常會連接來自電源輸出端的反饋信號，經過電阻分壓或光耦隔離后送入。當反饋信號電壓高于同相輸入端（引腳2）的參考電壓時，誤差放大器的輸出將下降；反之，當反饋信號電壓低于參考電壓時，誤差放大器的輸出將上升。這個誤差信號最終會影響PWM比較器的閾值，從而調節輸出占空比，實現穩壓或穩流。

　　2. 引腳2 (NI): 同相輸入端 (Non-Inverting Input of Error Amplifier 1)

　　引腳2是KA7500B內部第一個誤差放大器的同相輸入端。通常，這個引腳會連接到KA7500B內部或外部的一個精密參考電壓源。對于KA7500B而言，內部提供了一個5V的精密參考電壓（通過引腳14輸出）。在典型的應用中，引腳2會直接連接到這個5V參考電壓，或者通過一個電阻分壓網絡連接到該參考電壓，以設定誤差放大器的基準點。誤差放大器通過比較引腳1和引腳2的電壓差來生成誤差電壓，進而控制PWM的占空比。如果引腳1的電壓等于引腳2的電壓，表示系統處于穩態；如果它們之間存在差異，誤差放大器將進行調整以消除差異。

　　3. 引腳3 (FB): 反饋輸入端 (Feedback Input)

　　引腳3是一個獨立的反饋輸入端，通常用于連接第二誤差放大器的輸出，或者直接連接到用于控制PWM占空比的控制電壓。在某些應用中，例如需要電流限制或過壓保護時，這個引腳可以接收一個額外的控制信號。它與PWM比較器的另一個輸入端連接，直接影響占空比。引腳3的電壓越高，PWM的占空比就越小，反之亦然。這個引腳通常用于將誤差放大器的輸出連接到PWM比較器，從而實現閉環控制。在多路輸出電源或需要復雜控制策略的系統中，引腳3的靈活性使其能夠集成額外的控制環路。

　　4. 引腳4 (DT): 死區時間控制 (Dead Time Control)

　　引腳4用于設置KA7500B輸出PWM波形的死區時間。死區時間是指在兩個互補輸出信號（OUT_A和OUT_B）之間，為了避免上下橋臂同時導通而設置的非重疊時間。在推挽、半橋或全橋拓撲中，上下開關管的導通和關斷必須有精確的時間控制，否則可能導致短路，損壞功率器件。通過在引腳4和地之間連接一個電阻，可以調節死區時間。死區時間越長，開關管關斷和導通之間的延遲越大，從而降低了共同導通的風險，但也可能降低效率。通常，為了提高系統可靠性，都會設置一定的死區時間。KA7500B內部有一個死區時間比較器，當引腳4的電壓高于內部基準電壓時，輸出PWM的脈沖寬度會被限制。

　　5. 引腳5 (CT): 振蕩器定時電容 (Oscillator Timing Capacitor)

　　引腳5用于連接振蕩器定時電路中的電容。KA7500B內部集成了一個高頻振蕩器，用于生成PWM控制所需的時鐘信號。振蕩器的頻率由引腳5和引腳6上連接的外部電阻和電容決定。通過改變電容值，可以改變振蕩頻率。這個電容與引腳6上的電阻共同決定了PWM的周期，進而影響了電源的開關頻率。選擇合適的開關頻率對于電源的性能至關重要，它影響著磁性元件的尺寸、轉換效率以及輸出紋波。

　　6. 引腳6 (RT): 振蕩器定時電阻 (Oscillator Timing Resistor)

　　引腳6用于連接振蕩器定時電路中的電阻。與引腳5的電容共同決定了KA7500B內部振蕩器的頻率。振蕩頻率$f_{osc}$通常可以通過公式 $f_{osc} = 1.1 / (RT imes CT)$ 來近似計算，其中$RT$是引腳6上的電阻值，CT是引腳5上的電容值。通過精確選擇RT和CT的值，可以設定開關電源的工作頻率。在實際應用中，工程師會根據電源的功率、效率要求、 EMI考慮以及磁性元件的設計等因素來選擇合適的開關頻率。

　　7. 引腳7 (GND): 地 (Ground)

　　引腳7是KA7500B的公共地參考點。所有信號電壓都相對于這個引腳測量。在電源設計中，良好的接地布局對于確保系統穩定性和抑制噪聲至關重要。所有的輸入和輸出信號，以及電源旁路電容，都應該正確連接到這個地引腳。錯誤的接地連接可能導致噪聲耦合、信號失真或系統不穩定。

　　8. 引腳8 (C1): 輸出驅動器1集電極 (Collector of Output Driver 1)

　　引腳8是KA7500B內部第一個NPN晶體管輸出驅動器的集電極。KA7500B有兩個獨立的輸出驅動器（OUT_A和OUT_B），它們可以配置為推挽輸出或單端輸出。在推挽模式下，這兩個輸出會交替導通，用于驅動半橋或全橋配置中的功率開關。在單端模式下，只有一個輸出被使用，用于驅動正向轉換器或反激轉換器中的功率開關。通常，這些集電極會通過一個上拉電阻連接到電源電壓，或者直接連接到外部的驅動電路。

　　9. 引腳9 (E1): 輸出驅動器1發射極 (Emitter of Output Driver 1)

　　引腳9是KA7500B內部第一個NPN晶體管輸出驅動器的發射極。通常，這個引腳會直接連接到地（引腳7）。當內部驅動晶體管導通時，電流從集電極（引腳8）流向發射極（引腳9）并最終接地，從而為外部驅動電路提供電流。

　　10. 引腳10 (E2): 輸出驅動器2發射極 (Emitter of Output Driver 2)

　　引腳10是KA7500B內部第二個NPN晶體管輸出驅動器的發射極。功能與引腳9類似，通常也直接連接到地（引腳7）。

　　11. 引腳11 (C2): 輸出驅動器2集電極 (Collector of Output Driver 2)

　　引腳11是KA7500B內部第二個NPN晶體管輸出驅動器的集電極。功能與引腳8類似，用于提供第二個PWM驅動信號。這兩個輸出驅動器（引腳8和引腳11）可以獨立使用，也可以配置為推挽模式。在推挽模式下，它們通常用于驅動諸如半橋、全橋或推挽等對稱拓撲中的MOSFET或IGBT，提供互補的驅動信號。

　　12. 引腳12 (VCC): 供電電壓 (Supply Voltage)

　　引腳12是KA7500B的電源輸入端，用于為整個集成電路提供工作電壓。KA7500B的工作電壓范圍通常在7V到40V之間。為了確保KA7500B的穩定工作，通常會在VCC引腳附近并聯一個去耦電容（例如0.1μF或1μF），以濾除電源噪聲并提供瞬態電流。電源電壓的穩定性對KA7500B的正常工作至關重要，因此通常會使用一個經過穩壓的直流電壓源。

　　13. 引腳13 (OUT_C): 輸出控制 (Output Control)

　　引腳13是KA7500B的輸出控制引腳。這個引腳用于配置輸出驅動器的工作模式。通過將引腳13連接到VCC或地，可以實現不同的輸出配置：

　　連接到VCC (推挽模式): 當引腳13連接到VCC時，KA7500B的兩個輸出驅動器（OUT_A和OUT_B）會工作在推挽模式，產生互補的PWM波形，非常適合驅動推挽、半橋或全橋拓撲。在這種模式下，兩個輸出交替導通，每個輸出的占空比最大可達約45-48%（受死區時間限制）。

　　連接到GND (單端模式): 當引腳13連接到地時，KA7500B的兩個輸出驅動器會工作在單端模式，兩個輸出將產生相同的PWM波形，并且最大占空比可達約95%。這種模式適用于驅動正向轉換器或反激轉換器。

　　14. 引腳14 (VREF): 參考電壓輸出 (Reference Voltage Output)

　　引腳14是KA7500B內部5V精密參考電壓的輸出端。這個5V參考電壓非常穩定，通常用于為誤差放大器的同相輸入端（引腳2）提供基準電壓，或者用于其他需要穩定參考電壓的外部電路。在設計中，應確保這個參考電壓的負載電流不要超過其最大額定值（通常為10mA左右），以免影響其穩定性。通常會在此引腳上連接一個小的旁路電容（如0.01μF或0.1μF）以提高穩定性。

　　15. 引腳15 (EAOUT): 誤差放大器輸出 (Error Amplifier Output)

　　引腳15是KA7500B內部誤差放大器的輸出端。這個引腳的電壓反映了誤差放大器1的輸出信號，即輸入反饋信號（引腳1）與參考電壓（引腳2）之間的差值。這個輸出通常會連接到引腳3（反饋輸入端），從而形成一個閉環控制回路。通過在引腳15和引腳1之間連接RC網絡，可以對誤差放大器進行頻率補償，以確保電源系統的穩定性和快速響應。適當的補償對于防止振蕩和改善瞬態響應至關重要。

　　16. 引腳16 (CC): 補償/軟啟動 (Compensation/Soft Start)

　　引腳16是一個多功能引腳，主要用于誤差放大器的補償和軟啟動功能。

　　補償: 在閉環控制系統中，為了保證系統的穩定性并優化動態響應，通常需要對誤差放大器的輸出進行頻率補償。通過在引腳16和地之間連接一個RC網絡，可以調整誤差放大器的增益和相位特性，防止系統振蕩，并改善負載瞬態響應。這個網絡通常被稱為補償網絡，其參數的選取對于電源的穩定運行至關重要。

　　軟啟動: 軟啟動功能可以防止電源在啟動時產生過大的浪涌電流。通過在引腳16連接一個電容到地，可以在電源啟動時，讓KA7500B的PWM占空比逐漸增大，而不是立刻達到最大值。這個電容會緩慢充電，其電壓會逐漸升高，進而緩慢地解除對PWM占空比的限制，從而實現平穩啟動。在許多應用中，軟啟動是必不可少的功能，可以保護功率器件和負載。

　　KA7500B典型應用電路

　　KA7500B由于其靈活的配置和強大的功能，可以應用于多種開關電源拓撲結構。以下是幾種常見的KA7500B應用電路示例，它們共同體現了KA7500B在電源設計中的核心作用。

　　1. 單端反激式開關電源

　　反激式轉換器是一種常用的隔離型DC-DC轉換器，適用于輸出功率相對較小（通常在100W以下）的應用，具有電路簡單、成本低、可實現多路輸出等優點。KA7500B在反激式電源中通常配置為單端輸出模式。

　　電路描述：

　　在一個典型的KA7500B反激式電源電路中，KA7500B的引腳13會連接到地（GND），使其工作在單端模式。PWM輸出信號（通常是引腳8或引腳11，視具體連接而定）會經過一個驅動電路，如一個NPN晶體管或一個專用的MOSFET驅動芯片，來驅動主開關MOSFET。這個MOSFET連接到反激變壓器的初級繞組。

　　關鍵電路部分：

　　輸入濾波: 在電源輸入端通常會有一個EMI濾波器和大容量的輸入濾波電容，用于平滑輸入電壓并抑制高頻噪聲。

　　整流橋 (對于AC-DC): 如果是AC-DC轉換器，輸入交流電會經過整流橋轉換為脈動直流電，再由大電容濾波成相對平穩的直流電。

　　主開關管 (MOSFET): 由KA7500B的PWM信號驅動，控制流過變壓器初級繞組的電流，實現能量的儲存和釋放。

　　反激變壓器: 核心能量轉換元件。在開關管導通時，能量儲存在變壓器初級繞組中；在開關管關斷時，能量通過次級繞組傳遞到負載。

　　輸出整流與濾波: 變壓器次級輸出的交流電壓經過高速整流二極管整流，再由輸出濾波電容平滑，得到所需的直流輸出電壓。

　　反饋回路: 這是實現穩壓的關鍵。輸出電壓通過一個電阻分壓器（例如TL431和光耦）進行采樣。TL431作為精密可調分流穩壓器，比較采樣電壓與內部參考電壓，然后通過光耦將誤差信號隔離并傳遞到KA7500B的反饋引腳（引腳1），形成閉環控制。光耦的發射極電流受TL431控制，其集電極連接到KA7500B的引腳1，從而控制PWM占空比。

　　KA7500B周邊電路：

　　VCC供電: KA7500B的VCC（引腳12）通常從主輸入電壓通過一個降壓電阻和齊納二極管（或輔助繞組）獲取，或者直接從輸出電壓通過一個偏置繞組提供。

　　振蕩器: 通過在引腳5（CT）和引腳6（RT）上連接合適的電容和電阻來設定開關頻率。

　　軟啟動: 在引腳16（CC）上連接一個電容到地，實現軟啟動功能，防止啟動電流過大。

　　死區時間: 引腳4（DT）通常直接接地，因為在單端反激中通常不強調死區時間（只有一個開關管）。但在某些情況下，如果需要更精細的控制，也可以通過電阻連接到地來設置死區。

　　補償: 在引腳15和引腳1之間連接RC網絡，或者在引腳16上添加RC網絡，以實現誤差放大器的頻率補償，確保系統的穩定性和良好的動態響應。

　　2. 推挽式DC-DC轉換器

　　推挽式轉換器是一種效率較高的DC-DC拓撲，通常用于中等功率（數十瓦到數百瓦）的應用。它使用兩個開關管交替導通，驅動一個中心抽頭變壓器，從而提高了功率處理能力。KA7500B在推挽式電源中配置為推挽輸出模式。

　　電路描述：

　　在推挽電路中，KA7500B的引腳13連接到VCC，使其輸出驅動器工作在推挽模式。引腳8（OUT_A）和引腳11（OUT_B）會分別經過驅動電路驅動兩個主開關MOSFET。這兩個MOSFET連接到推挽變壓器的初級繞組的兩個半部分。

　　關鍵電路部分：

　　輸入濾波: 與反激式類似，輸入端會有EMI濾波和輸入濾波電容。

　　推挽變壓器: 具有中心抽頭的初級繞組和次級繞組。兩個MOSFET交替導通，在變壓器初級繞組中產生交變磁通，然后在次級繞組感應出交流電壓。

　　主開關管 (MOSFETs): 兩個開關管由KA7500B的推挽輸出信號驅動，交替導通，實現能量的傳輸。需要注意的是，這兩個開關管的驅動信號必須是互補的，并且之間需要有死區時間，以避免上下管同時導通造成短路。

　　輸出整流與濾波: 變壓器次級輸出的交流電壓通常會經過中心抽頭全波整流或橋式整流，然后由大容量電容平滑，得到穩定的直流輸出。

　　反饋回路: 與反激式類似，輸出電壓通過電阻分壓器和光耦（如果需要隔離）反饋到KA7500B的引腳1，形成閉環控制。

　　KA7500B周邊電路：

　　VCC供電: 與反激式類似。

　　振蕩器: 通過引腳5和引腳6的RC網絡設定開關頻率。

　　死區時間: 引腳4（DT）在推挽電路中尤為重要。通常會通過連接一個電阻到地來設置合適的死區時間，以確保兩個開關管不會同時導通，避免“直通”現象。死區時間的設置需要平衡效率和可靠性。

　　軟啟動: 引腳16的電容提供軟啟動功能。

　　補償: 引腳15和引腳1之間或引腳16的RC網絡用于誤差放大器補償。

　　電流限制 (可選): 在推挽電路中，通常會在MOSFET的源極串聯一個采樣電阻，將電流信號反饋給KA7500B的引腳3（FB）或通過一個比較器連接到KA7500B的另一個誤差放大器（TL494系列內部有兩個誤差放大器，KA7500B也繼承了這一點，雖然通常只使用一個），實現逐周期電流限制，保護MOSFET。

　　3. 半橋式開關電源

　　半橋式轉換器是一種常用的高功率DC-DC或AC-DC拓撲，通常用于中高功率（數百瓦到千瓦級別）的應用。它使用兩個串聯的開關管和兩個串聯的電容組成半橋，驅動變壓器初級繞組。與推挽相比，半橋在變壓器利用率和磁偏置方面有優勢。KA7500B同樣可以配置為推挽模式來驅動半橋。

　　電路描述：

　　KA7500B的引腳13連接到VCC，工作在推挽模式。引腳8（OUT_A）和引腳11（OUT_B）的互補PWM信號會通過專用的半橋驅動芯片（如IR2110）來驅動上下兩個MOSFET。這兩個MOSFET串聯連接，它們的連接點連接到變壓器的初級繞組。

　　關鍵電路部分：

　　輸入濾波: 通常包含大容量的輸入濾波電容，對于AC-DC應用，前面會有整流橋。

　　半橋結構: 由兩個串聯的MOSFET和兩個串聯的電容組成。上下MOSFET由KA7500B通過半橋驅動芯片提供互補的PWM信號。

　　半橋驅動器: 例如IR2110、IRS2110等高壓浮動驅動芯片，用于將KA7500B的低壓PWM信號轉換為高壓、隔離的驅動信號，以驅動半橋上側的MOSFET。

　　主變壓器: 負責隔離和電壓轉換。

　　輸出整流與濾波: 變壓器次級通常會采用全波整流或橋式整流，然后進行LC濾波。

　　反饋回路: 與前面拓撲類似，輸出電壓通過采樣和光耦隔離反饋到KA7500B的引腳1。

　　KA7500B周邊電路：

　　VCC供電: 與前述拓撲類似。

　　振蕩器: 引腳5和引腳6的RC網絡設定開關頻率。

　　死區時間: 半橋電路中，死區時間（引腳4）的設置至關重要，以防止上下管直通。

　　軟啟動: 引腳16的電容實現軟啟動。

　　補償: 引腳15和引腳1之間或引腳16的RC網絡進行誤差放大器補償。

　　過流保護: 通過在主電流路徑中設置采樣電阻或電流互感器，將過流信號反饋到KA7500B的引腳3（FB）或獨立的比較器，實現過流保護。

　　4. 其他應用與考慮事項

　　KA7500B不僅限于上述三種拓撲，它還可以用于全橋轉換器、正向轉換器（使用單端模式）等。在實際應用中，還需要考慮以下幾個方面：

　　MOSFET驅動: KA7500B內部的輸出驅動能力有限（通常為200mA），如果需要驅動大型功率MOSFET，通常需要外部增加驅動電路，如推挽驅動器或專用MOSFET驅動IC，以提供足夠的峰值電流和快速的開關速度。

　　輔助電源: KA7500B自身需要一個穩定的直流電源供電（VCC）。這個輔助電源可以由主輸入電壓通過降壓電路獲得，也可以通過變壓器上的輔助繞組自供電，或者在啟動時通過一個啟動電阻從主電壓供電，然后在穩態時切換到輔助繞組供電。

　　保護功能: 雖然KA7500B提供了一些基本控制，但一個完整的開關電源還需要額外的保護功能，如：

　　過流保護: 防止輸出短路或過載。可以通過檢測初級或次級電流，并將其反饋到KA7500B的反饋回路來實現。

　　過壓保護: 防止輸出電壓過高損壞負載。通常通過一個比較器檢測輸出電壓，并在過壓時關斷KA7500B的輸出。

　　欠壓鎖定 (UVLO): 確保KA7500B在輸入電壓低于正常工作范圍時停止工作，避免因電源電壓不足導致芯片功能異常。KA7500B通常內置了UVLO功能。

　　熱關斷: 在芯片溫度過高時自動關斷，防止損壞。

　　頻率補償: KA7500B的誤差放大器是一個高增益放大器，為了確保閉環控制的穩定性和良好的動態響應，必須進行頻率補償。這通常通過在引腳15和引腳1之間或引腳16上連接RC網絡來實現。補償網絡的參數設計對于電源的穩定運行至關重要，需要根據具體的電源拓撲和負載特性進行調整。

　　軟啟動功能: 軟啟動是防止電源在啟動時產生過大沖擊電流的重要功能，通過在引腳16連接電容到地來實現。合適的軟啟動時間可以有效保護功率器件和負載。

　　PCB布局: 在開關電源設計中，良好的PCB布局至關重要。高頻開關電流路徑應盡量短而粗，大電流回路面積應最小化，以減少電磁干擾（EMI）和提高效率。KA7500B及其周邊元件應靠近放置，并注意信號地和功率地的分離或單點接地。

　　KA7500B與TL494的異同

　　KA7500B是TL494的兼容替代品，兩者的引腳功能和內部結構非常相似。絕大多數為TL494設計的電路可以直接替換為KA7500B，反之亦然。然而，一些細微的差別可能存在于電氣特性參數上，例如最大工作頻率、輸出電流能力、誤差放大器增益等。在進行精確設計時，建議查閱具體型號的數據手冊，以確保滿足設計要求。總的來說，KA7500B提供了與TL494相同的靈活性和功能，使其成為開關電源設計的可靠選擇。

　　總結

　　KA7500B作為一款經典的PWM控制器，其引腳功能的設計使其能夠靈活地應用于各種開關電源拓撲。通過對其16個引腳的深入理解，以及在典型應用電路中的具體配置，工程師可以高效地設計出穩定、高效、可靠的開關電源。從誤差放大器的反饋控制到振蕩器的頻率設定，從輸出驅動器的模式選擇到死區時間和軟啟動的精細調節，KA7500B提供了構建高性能電源所需的核心功能。雖然隨著技術的發展，出現了更先進的PWM控制器，但KA7500B因其成熟、穩定、成本效益高等優點，在許多中低功率應用領域仍然占據著重要地位。掌握KA7500B的使用，是電源設計領域一項基礎而重要的技能。