PDF《产品特色》

产品特色 高度整合、占位面积小 ? 整合了返驰式控制器、650 V MOSFET、二次侧感测和同步整流驱动器 ? 采用 FluxLink? 技术并整合了 HIPOT 隔离回授连结 ? 卓越的 CV/CC 准确度,不受变压器设计或外部元件的影响 ? 瞬间暂态反应 ±5% CV,负载步阶为 0%-100%-0% EcoSmart? C 节能 ? 由变压器偏压绕组供电时,在230 VAC 条件下的无负载功耗低於

10 mW ? 轻易达成全球所有节能法规 ? 低散热 进阶保护/安全功能 ? 一次侧感测的输出过压保护 (OVP) ? 二次侧感测的过冲电压箝位 ? 二次侧感测的输出过电流保护 (OCP) 至零输出电压 ? 磁馗垂卤；

绝对安全且符合法规 ? 在等效於

6 kV DC/1 秒的条件下,100% 符合生产 HIPOT 测试 ? 增强绝缘 ? 绝缘电压高於 3,500 VAC ? 通过 UL1577 和TUV (EN60950) 安全认证 ? 符合 EN61000-4-8 (100 A/m) 和EN61000-4-9 (1000 A/m) 绿色环保封装 ? 无卤素且符合 RoHS 标准 应用 ? 适用於智慧型行动装置的充电器和转换器 ? 高效率、低电压、高电流电源供应器 说明 InnoSwitch?-CH IC 系列产品大幅简化了低电压、高电流电源供应器的开 发与制造程序,特别是外壳尺寸小或必须满足高效率要求的电源供应 器.

InnoSwitch-CH 创新架构可让装置同时将一次侧和二次侧控制器、感 测元件及安全额定回授机制整合到单一 IC 之中. 将邻近元件聚拢并创新采用整合式通讯连结,让装置得以精确控制二次侧 同步整流 MOSFET 并最佳化一次侧切换,从而在整个负载围内维持高效 率.此外,通讯连结所要求最小的 DC 偏压,可让系统在智慧型行动装置 充电器这类富有挑战性的应用中达到无负载功耗低於

10 mW 的目标. 图1. 典型应用/效能. 输出功率表 产品3,4 85-265 VAC 转换器1 峰值或 开放式架构2 INN20x3K

12 W

15 W INN20x4K

15 W

20 W INN20x5K

20 W

25 W 表1. 输出功率表. 附注: 1. 在典型无通风设计、一般大小的密封式转换器中,环境温度为

40 °C 条件下所测 出的最小连续功率.最大输出功率取决於设计,但封装温度不得高於

125 °C. 2. 最小峰值功率能力. 3. 封装:eSOP-R16B. 4. x =

0 (无缆线补偿)、x =

2 (6% 缆线补偿). 图2. 高沿面、符合安全要求的 eSOP 封装. PI-6986-103014 二次侧 控制 IC SR FET D S IS VOUT BPS FB GND SR BPP FWD 一次侧 FET 与控制器 InnoSwitch-CH

2 图4. 二次侧控制器区块图. 图3. 一次侧控制器区块图. PI-7433-112014 SR 临界值 4.45 V 3.80 V IS 临界值 ENB 交握 脉冲 顺向 (FWD) 到接收器 二次侧 接地 (GND) 输出 电压 (VO) 二次侧 BYPASS (BPS) 回授 (FB) ISENSE (IS) 同步整流 (SR) + - + - + - + - S R Q Q 缆线 补偿 侦测器 回授 驱动器 启用 SR 控制 时钟 振荡器 稳压器 4.45 V PI-7432-110414 时钟 振荡器 5.95 V 5.39 V 源极 (S) S R Q DCMAX 一次侧 BYPASS (BPP) + - VI 存在 故障 PRI/SEC 脉冲 DCMAXS 限电流比较器 上升边 缘遮蔽 过温 保护 + - 汲极 (D) BYPASS 接脚 欠压 接收器 控制器 Q 重设 自动 重新启动 计数器 频率抖动 BYPASS 电容器 选择和 限电流 状态机 OVP 锁定 稳压器 5.95 V 从回授 驱动器 6.4 V

20 ? LIMIT

3 图5. 接脚配置. 接脚功能说明 汲极 (D) 接脚 (接脚 1) 此接脚是功率 MOSFET 的汲极接脚. 源极 (S) 接脚 (接脚 3-6) 此接脚是功率 MOSFET 的源极接脚.它也是 BYPASS 接脚和回授接脚的 接地参考. 一次侧 BYPASS (BPP) 接脚 (接脚 7) 它是一次侧 IC 电源供应器之外部旁路电容器的连接点. 顺向 (FWD) 接脚 (接脚 10) 它是变压器输出绕组上用於执行感测和其他功能之切换节点的连接点. 输出电压 (VOUT) 接脚 (接脚 11) 此接脚直接连接到电源供应器的输出电压,为二次侧 IC 提供偏压. 同步整流器驱动 (SR) 接脚 (接脚 12) 连接到外部 SR FET 闸极端子. 二次侧 BYPASS (BPS) 接脚 (接脚 13) 它是二次侧 IC 电源供应器之外部旁路电容器的连接点. 回授 (FB) 接脚 (接脚 14) 此接脚连接到外部分压电阻器,以设定电源供应器 CV 电压稳压临界值. 二次侧接地 (GND) (接脚 15) 二次侧 IC 的接地. ISENSE (IS) 接脚 (接脚 16) 连接到电源供应器输出端.内部电流感测是这个接脚与二次侧接地接脚 之间的电路连接. InnoSwitch-CH 功能说明 PI-7398-072915

9 NC

10 FWD

11 VOUT

12 SR

13 BPS

14 FB

15 GND

16 IS D

1 S 3-6 BPP

7 NC

8 InnoSwitch-CH 将高电压功率 MOSFET 切换开关及一次侧和二次侧控制 器结合在一个装置中.回授方案采用专利的 FluxLink 耦合设计,此设计 使用封装导线架和黏接线提供一种可靠且低成本的方法,可直接准确感 测二次侧上的输出电压和输出电流,以将资讯传送给一次侧 IC.与传统 的PWM (脉波宽度调变) 控制器不同,FluxLink 使用简单的开/关控制来 调节输出电压和电流.这个一次侧控制器包含一个振荡器、磁性耦合至 二次侧控制器的接收器电路、限电流状态机、一次侧 BYPASS 接脚上的 5.95 V 调整器、过压电路、限电流选择电路、过温保护、前缘杂讯消除 和一个

650 V 功率的 MOSFET.InnoSwitch-CH 二次侧控制器包含磁性 耦合至一次侧接收器的发射器电路、定电压 (CV) 和定电流 (CC) 控制电 路、二次侧 BYPASS 接脚上的 4.45 V 调整器、同步整流器 MOSFET 驱 动器、频率抖动振荡器,并且具备整合式保护功能.图3和4显示具有 最重要功能之一次侧和二次侧控制器的功能区块图. 一次侧 BYPASS 接脚调整器 每当功率 MOSFET 关闭时,一次侧 BYPASS 接脚的内部调整器就会从汲 极接脚电压汲取电流,将一次侧 BYPASS 接脚电容器充电至 VBPP .一次 侧BYPASS 接脚是内部供应电压节点.当功率 MOSFET 开启时,装置会 利用一次侧 BYPASS 接脚电容器内储存的能量进行运作.由於内部电路 的功耗极低,因此,InnoSwitch-CH 可以依靠自汲极接脚汲取的电流持续 运作. 此外,还有一个分流调整器,可以在透过外部电阻器为一次侧 BYPASS 接脚提供电流时,将一次侧 BYPASS 接脚的电压箝制在 VSHUNT .这有助於 透过偏压绕组从外部为 InnoSwitch-CH 供电,进而将无负载功耗降至低 於10 mW (5 V 输出设计). 一次侧 BYPASS 接脚电容器选择 一次侧 BYPASS 接脚可使用小至 0.1 mF 的陶瓷电容器,来对装置的内部 电源供应器进行去耦合.可使用较大尺寸的电容器来调整限电流.一次 侧BYPASS 接脚上的

1 mF 电容器会选择与下一个较大装置的标准限电流 相等的较高限电流.一次侧 BYPASS 接脚上的

10 mF 电容器会选择与下 一个较小装置的标准限电流相等的较低限电流. 一次侧 BYPASS 接脚欠压临界值 当一次侧 BYPASS 接脚电压在稳态操作中降至 VBPP -VBPP(H) 以下时,一次 侧BYPASS 接脚欠压电路会停用功率 MOSFET.一旦一次侧 BYPASS 接脚 电压降至此临界值以下,必须回升至 VBPP 以上,才能启用功率 MOSFET 切换. 一次侧 BYPASS 接脚输出过压锁定功能 一次侧 BYPASS 接脚具有 OV 保护锁定功能.与串联一次侧 BYPASS 接 脚的电阻器并联的积纳二极体,通常用来侦测一次侧偏压绕组的过压, 以启用此保护机制.如果进入一次侧 BYPASS 接脚的电流超过 (ISD ),则 装置会停用功率 MOSFET 切换.锁定状态是透过让一次侧 BYPASS 低於 重设临界值电压 (VBPP(RESET) ) 以下来重设的. 过温保护 过温保护电路会感测一次侧晶片温度.此临界值设为

142 °C (磁露 为75 °C).当晶片温度上升至超过此临界值时,功率 MOSFET 将一直停 用,直到晶片温度下降达

75 °C 时才会重新启用功率 MOSFET.提供

75 °C 的高磁露,用於防止 PC 板因持续故障而过热. 限电流操作 限电流电路会感测功率 MOSFET 中的电流.如果该电流超出内部临界值 (ILIMIT ),则会在该切换周期的剩余时间内关闭功率 MOSFET.限电流状态 机可於中负载和轻负载下,减少离散数量的限电流临界值.

4 开启功率 MOSFET 后,前缘杂讯消除电路会在短期 (tLEB ) 内禁止使用限 电流比较器.此前缘杂讯消除 (leading edge blanking) 时间已设定为适 当的值,使得因电容和二次侧整流器反向恢复时间引起的电流突波不会 导致切换脉冲过早终止.每个切换周期会在一次侧功率 MOSFET 的汲极 电流达到装置的限电流时终止. 自动重新启动 如果出现故障 (如输出过载、输出短路或外部元件/接脚故障), InnoSwitch-CH 会进入自动重新启动 (AR) 操作模式.在自动重新启动操 作模式下,功率 MOSFET 切换会停用 tAR(OFF) .在二次侧已取得控制后进 入自动重新启动有以下两种方式: 1. 从二次侧发送的连续切换要求的时间超过 tAR . 2. 二次侧未发送任何切换周期要求的时间超过 tAR(SK) . 第一种情况是指二次侧控制器发送连续周期要求而不跳离周期的时间超 过tAR .第二种方法可确保在通讯中断的情况下,一次侧会尝试再次重新 启动.虽然这不是正常操作下会发生的情况,但可确保系统 ESD 事件 (例如,因杂讯干扰二次侧控制器而导致通讯中断) 於一次侧在自动重新 启动关闭时间后重新启动时得到解决. 自动重新启动功能会轮流启用和停用功率 MOSFET 切换,直到排除故障 为止.自动重新启动计数器是由切换振荡器把关,而在 SOA 模式中,自 动重新启动关闭计时器可能会显示的久一点. 一旦一次侧 BYPASS 接脚降至欠压临界值 VBPP -VBPP(HYS) 以下,自动重新启 动计数器就会重设. 安全工作区 (SOA) 保护 如果一次侧功率 MOSFET 切换电流连续两个周期在遮蔽 (tLEB ) 和限电流 (tILD ) 延迟时间内达到电流限制 (ILIM ),控制器就会跳离大约 2.5 个周期或

25 m 秒.这提供了足够时间来重设变压器,而不会影响大电容负载的启 动时间.当装置在 SOA 模式中运作时,自动重新启动时序将会增加. 一次侧与二次侧交握通讯协定 在启动时,最初的一次侧切换并不会有任何回授资讯 (这类似於标准 TOPSwitch?、TinySwitch? 或LinkSwitch? 控制器的运作方式).如果 在自动重新启动开启期间收到回授讯号,一次侧就会进入自动重新启动 并不断重复.但在正常情况下,二次侧晶片会透过顺向接脚或直接由 VOUT 供电,然后接手控制.自此之后,二次侧会在需要时控制严苛的 切换周期. 图6显示交握流程图. 图6. 一次侧与二次侧交握流程图. 当二次侧取得控制时,如果一次侧在正常运作期间停止切换或未回应二 次侧发送的周期要求,则会模拟交握通讯协定以确保二次侧准备好在一 次侧再次开始切换时取得控制.当二次侧侦测到一次侧提供的周期多於 要求的数目时,也会叫用此通讯协定来进行其他交握. 当一次侧因短暂线间退出或电压关闭事件而停止切换时,最有可能出现 需要其他交握的状况.当一次侧恢复运作时,它会依预设进入启动状 态,并尝试侦测来自二次侧的交握脉冲. 是tAR(OFF) tAR 是是否否否S:已在 tAR 之内 开启电源 P:已收到 交握脉冲 S:已取得 控制? P:切换 S:传送交握脉冲 P:停止切换, 将控制权移交二次侧 P:未切换 S:未取得控制 P:继续切换 S:未取得控制 P:进入自动重新启动关闭 S:旁路放电 P:自动重新启动 S:开启电源 P:一次侧晶片 S:二次侧晶片 结束交握, 二次侧控制模式 PI-7416-110414 启动 P:开启电源,切换 S:开启电源

5 此通讯相当强大.已实施通讯中断测量措施,以使装置容许极端状况, 例如,突波、ESD 事件或外部元件故障 (单点故障). 如果二次侧未侦测到一次侧回应要求达

3 个连续周期,或二次侧侦测到 一次侧在没有周期要求的情况下切换达

3 个或更多连续周期,则二次侧 控制器会发起第二个交握序列. 此保护模式也可在一次侧於掌握控制权情况下进行切换时,提供额外保 护以避免发生 SR MOSFET 跨导通状况.当二次侧仍掌握控制权且存在 轻/中等负载情况下,此保护模式也可在一次侧进行重设时避免发生输 出过压. 二次侧控制器 回授驱动器区块会驱动 FluxLink 通讯回路将切换脉冲要求传输到一次侧 IC. 如图

4 的区块图所示,二次侧控制器是透过 4.45 V 调整器区块,经由连 接到二次侧 BYPASS 接脚的 VOUT 或顺向接脚供电.二次侧 BYPASS 接 脚连接到外部去耦合电容器,并从调整器区块内部馈入. 顺向接脚也连接到同时用於交握和计时的下降边缘侦测区块,以开启连 接到同步整流器驱动接脚的同步整流器 MOSFET (SR FET).顺向接脚亦 可用於感测当 FET 上的电阻电压降至 VSR(TH) 以下时,何时关闭以不连续 模式运作的 SR FET. 以连续模式运作时,SR FET 会在传送脉冲要求以请求下一个切换周期时 关闭,这提供了优异的同步,而不会与在连续模式下运作时关闭的 FET 有任何重叠. 介於 VOUT 与二次侧接地接脚之间的外部分压电阻器网路的中点,会接 到回授接脚来调节输出电压.内部电压比较器参考电压为 VREF (1.265V). 连接於 IS 与二次侧接地接脚之间的电阻器属於黏接线感测电阻器,它可 用於在定电流稳压器模式下调节输出电流.ISENSE 接脚连接到内部黏接 线感测电阻器,并使用

33 mV ISV(TH) 临界值比较器来决定要调节电源供 应器输出电流的值. 输出过压保护 如果感测到回授接脚上的电压比稳压临界值高出 2%,则会对 VOUT 接 脚施加 ~10 mA 的泄漏电流.如果回授接脚电压上升至超过内部回授接 脚参考电压达 20%,则此泄漏电流会增加至

140 mA.减少 VOUT 接脚 上的电流是为了针对瞬间过冲事件来放电输出电压.二次侧不会在此模 式运作期间放弃对於一次侧的控制. 回授接脚短路侦测 如果回授接脚电压在启动时低於 VFB(OFF) 临界值,则二次侧会完成一次侧/ 二次侧交握并停止启动自动重新启动的要求脉冲.二次侧会停止要求周 期达 tAR(SK) ,以开始 tAR(OFF) 的一次侧自动重新启动.在此状况下,真实 AR 关闭时间为 tAR(SK) + tAR(OFF) .在正常运作期间,当回授接脚电压降至 VFB(OFF) 临界值以下时,二次侧会停止来自一次侧启动自动重新启动周期 的要求脉冲.VFB(OFF) 上的抗扰动滤波器少於

10 m 秒.在侦测到回授接脚 短路至接地后,二次侧会放弃控制. 回授接脚自动重新启动临界值 回授接脚也包含比较器,用於侦测输出电压降至 VFB(AR) 临界值以下的持 续持间何时超过 tFB(AR) .在侦测到回授接脚降至 VFB(AR) 以下的持续持间超 过tFB(AR) 时,二次侧控制器会放弃控制.此临界值可用於限制定电流 (CC) 工作的围. 缆线压降补偿 (CDC) 缆线压降补偿量是与定电流调节临界值相关之负载的函数,如下面图

7 所示. 图7. 缆线压降补偿特性. 下方回授接脚电阻器必须连接至二次侧接地接脚 (而非 ISENSE 接脚), 才能启用输出缆线压降补偿. 缆线压降补偿仅适用於

5 V 设计.缆线压降补偿功能对於较高输出电压 设计是停用的. 输出定电流调节 InnoSwitch-CH 会透过 ISENSE 与二次侧接地接脚之间黏接线上的内部感 测来调节输出电流.ISENSE 与二次侧接地接脚上可能需要外部二极体, 以便在发生故障状况时限制黏接线上的峰值电压.当输出电容较大 (尤其 是在输出电压较高时) 时................