PDF《产品特色》

9 NC

10 FWD

11 VOUT

12 SR

13 BPS

14 FB

15 GND

16 IS D

1 S 3-6 BPP

7 V

8 InnoSwitch-CP功能描述 InnoSwitch-CP在一个器件上集成了一个高压功率MOSFET开关以及初级 侧和次级侧控制器.它采用一种使用封装引线框和焊线构成的创新性磁 感耦合反馈机制,向初级IC传递信息,提供一种可靠且低成本的直接检测 次级侧输出电压和输出电流的控制方式.与传统的PWM(脉宽调制)控 制器不同,它使用简单的ON/OFF控制方式来稳定输出电压和电流.初级 控制器包括了一个振荡器、一个与次级控制器进行磁感耦合的接收器电 路、流限状态调节器、位于初级旁路引脚的5.95 V稳压器、过压电路、电 流限流选择电路、过热保护、前沿消隐电路及一个650 V的功率MOSFET 管.InnoSwitch-CP次级控制器包括磁感耦合至初级接收器的发射器电 路、恒压(CV)及恒流(CC)控制电路、位于次级旁路引脚的4.4 V稳压器、 同步整流管MOSFET驱动器、频率抖动振荡器以及多项集成的保护功能. 图4和图5所示为实现各种重要功能的初级及次级控制器的功能框图. 初级旁路引脚稳压器 在功率MOSFET处于关断期间,初级旁路引脚中的内部稳压器器会从漏 极引脚电压吸收电流,将初级旁路引脚电容充电至VBPP.初级旁路引脚 是内部供电电压节点.当功率MOSFET导通时,器件利用储存在初级旁 路引脚电容内的能量工作.内部电路极低的功率耗散使InnoSwitch-CP 可使用从漏极吸收的电流持续工作. 此外,当有电流通过一个外部电阻提供给初级旁路引脚时,一个分流稳 压器会将初级旁路引脚电压箝位在VSHUNT.这样就可方便地通过一个偏置 绕组由外部向InnoSwitch-CP供电,从而将空载能耗降低到10 mW以下 (5V输出设计). 初级旁路引脚电容的选择 初级旁路引脚可使用一个数值小至0.1 mF的小陶瓷电容来实现对内部供 电电源的去耦.另外也可使用更大的电容来调节流限.初级旁路引脚上 使用1 mF电容时将选择一个与相邻更大型号相同的流限值.初级旁路引 脚上使用10 mF电容时将选择一个与相邻更小型号相同的流限值. 初级旁路引脚欠压阈值 在稳态工作下,当初级旁路引脚电压下降到VBPP-VBPP(H)以下时,初级旁路 引脚欠压电路将停止功率MOSFET开关.一旦初级旁路引脚电压降到该 阈值以下,它就必须升回到VBPP,才能使能(开通)功率MOSFET. 初级旁路引脚输出过压锁存功能 初级旁路引脚具备过压保护锁存功能.与电阻(与初级旁路引脚电容串 联)并联的齐纳二极管通常用于检测初级偏置绕组是否存在过压,以激 活此保护机制.当流入初级旁路引脚上的电流超过ISD时,器件将停止功 率MOSFET开关.锁存复位的方式是将初级旁路电压降到复位阈值电压 (VBPP(RESET))以下. 过热保护 热关断电路检测初级结温.该阈值通常设置在142 °C并具备75 °C的迟 滞范围.当结温度超过这个阈值,功率MOSFET开关被禁止,直到结温 度下降75 °C,MOSFET才会重新使能.采用75 °C的迟滞可防止因持续 故障而使PC板出现过热现象.

4 电流限流工作方式 电流限流电路检测功率MOSFET的电流.当电流超过内部阈值(ILIMIT) 时,在该开关周期剩余阶段会关断功率MOSFET.电流限流状态调节器 在中轻度负载条件下以非连续方式降低电流限流阈值. 在功率MOSFET导通后,前沿消隐电路会将电流限流比较器抑制片刻 (tLEB).通过设置前沿消隐时间,可以防止由电容及次级整流管反向恢复 时间产生的电流尖峰所引起开关脉冲的提前误关断.各开关周期在初级 功率MOSFET的漏极电流达到器件的电流限流值时终止. 自动重启动 一旦出现故障,例如在输出过载、输出短路或外部元件/引脚故障情况 下,InnoSwitch-CP进入自动重启动(AR)工作.在自动重启动模式下, 功率MOSFET开关被禁止时间为tAR(OFF).有两种方式进入自动重启动 模式: 1. 来自次级侧的连续开关请求的时长超过 tAR. 2. 来自次级侧的无开关周期请求的时长超过 tAR(SK). 第一种情况对应于次级控制器发出连续开关请求,在超过tAR的时间范围 内没有任何周期被跳过.第二种方式也包括为确认通信是否正常初级侧 尝试重新启动的情况.虽然在正常工作模式下绝不会出现这种情况,但 这在出现系统ESD事件时非常有用,例如,当初级在自动重启动关断时 间后发生重启动,由于噪声干扰次级控制器而导致通讯失常时初级侧在 自动重启动关断时间后尝试重新启动即可解决此问题. 自动重启动电路对功率MOSFET进行交替使能和禁止,直到故障排除为 止.自动重启动计数器由开关振荡器进行门极控制,在SOA模式自动重 启动关断时间可能会更长. 自动重启动计数器在初级旁路引脚电压降到欠压阈值VBPP-VBPP(HYS)以下时 复位. 安全工作区(SOA)保护 如果有两个这样的连续周期 ― 初级功率MOSFET开关电流在消隐时间 (tLEB)和限流点(tILD)延迟时间之内达到限流点(ILIM),控制器将跳过约2.5 周期或~25 ms.这可以为变压器复位提供足够的时间,同时并不会影响 大电容负载的启动时间.当器件在SOA模式下工作时,自动重启动时间 会相应增加 初级-次级握手协议 启动时,初级侧最初在没有任何反馈信息的情况下开关(这一点与标 准TOPSwitch?、TinySwitch?或LinkSwitch?控制器的工作方式非常类 似).如果在自动重启动导通时间期间没有收到反馈信号,初级侧将进 入自动重启动模式并重复此操作.然而,在正常情况下,次级芯片将通 过正激引脚或直接由VOUT供电,然后接管控制权.此后,次级侧控制 着根据需要提出开关周期要求的操作. 握手流程图如下面图7所示. 当初级侧停止开关或在次级侧拥有控制权的正常工作情况下未对次级侧 的周期请求作出响应时,将启动握手流程确保次级侧能够在初级侧开始 再次开关时接管控制权.这种额外附加的握手流程还可以在次级侧检测 到初级侧提供多于所要求周期的情况下被调用. 最可能要求额外握手的情况是,由瞬时输入电压降或电压跌落事件导致 的初级侧开关的停止.初级侧恢复工作后,将默认进入启动状态,并尝 试检测来自次级侧的握手脉冲. 当次级侧检测到初级侧未对14个连续周期的请求作出响应时,或者如果 次级侧检测到初级侧在未收到周期请求的情况下进行开关,次级控制器 将启动第二个握手流程. 这种保护模式还可以在初级侧开关时提供额外的SR MOSFET交越导通保 护.这种保护模式还可以保证在轻或中度负载条件下,次级拥有控制权 而初级被复位的情况下输出不出现过压. 是2s tAR 是是否否否S:已在tAR内上电 P:已接收握手脉冲 S:已取得控制权? P:开关 S:发送握手脉冲 P:停止开关, 控制权移交至次级 P:不开关 S:不取得控制权 P:连续开关 S:不取得控制权 P:转至自动重启动关 S:旁路放电 P:自动重启动 S:上电 P:初级芯片 S:次级芯片 握手结束,次级控制模式 PI-7416-102116 开始 P:上电,开关 S:上电 图7. 初级-次级握手流程图