DC电源芯片详解,士兰微电子最新产品开关电源SD6955

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DC电源芯片详解,士兰微电子最新产品开关电源SD6955

7.
各种保护措施:芯片内部集成多个保护功能,包括过温保护、FB过压保护、VcC过压保护、输岀短路保护、限流保护、最大导通时间保护等功能,全部都是芯片自动恢复,即检测到异常状态后,芯片关断输出,VCC电压开始下降到欠压点,关断内部全部模块,通过耗尽型MOS对∨CC端电容进行充电,重复一个芯片启动的过程。

该产品突出的特点在于采用了内置高压三极管的SOP-7封装形式,具有集成度高、占板面积小、便于整机调试。而且还采用SD6955设计整机系统,无需光耦和Y电容,可省去次级反馈控制、环路补偿,仅需极少的外围元器件即可构成完整的电源系统,大幅节省了系统耗电并缩小了电路板体积,有利于用户精简设计布局,降低开发和制造成本。

三、DC/DC芯片的内部构造

6.
线损补偿:在实际的应用设计中,输岀电压在电缆线上会有不同程度的压降ⅤAB。在不同的电流情况下,输岀端的整流二极管压降VD也会发生改变,需要综合考虑,SDH8594AS通过内部一个电流源来产生带有失调的反馈电压VFB。内部电流源的大小与输出电流大小成比例关系。当负载电流从满载到空载的时候,ⅤFB的失调电压増加,增加量可以通过反馈电阻R1和R2调节。

原边控制开关电源SD6955内置高压三极管,采用离线式开关电源集成电路,并且带有峰值电流补偿的高端开关电源控制器,采用了士兰微电子自主知识产权的专利技术。此外,芯片内部集成了温度保护、环路开路保护、限流电路、过压保护、欠压锁定等多重功能电路,以保证芯片的工作环境正常,延长其使用寿命。

根据电感电压伏秒平衡定律可得:*Ton=Vo*

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标签: 三极管 微电子

所以DC/DC芯片主要是通过反馈电压与内部基准电压的的比较,从而调节MOS管驱动波形的占空比,来保证输出电压的稳定。

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近日,士兰微电子最新推出一款原边控制开关电源SD6955
,该产品采用PFM调制技术,提供精确的恒压/恒流控制环路,具有非常高的稳定性和平均效率,可广泛适用于高压射灯、球泡灯、PAR灯等LED照明领域。

同样,和BUCK电路分析方法相同,当MOS管导通时,电感的正向伏秒为:Vin*Ton;当MOS管截止时,电感的反向伏秒为:-Vo*

SDH8594AS内置高压MOS管高精度原边控制开关电源芯片是离线式开关电源集成电路,是外置线损补偿和内置峰值电流补偿的高端开关电源控制器。通过检测变压器原级线圈的峰值电流和辅助线圈的反馈电压,控制系统的输出电压和电流,达到输出恒压或者恒流的目的,骊微电子的SDH8594AS集成多种保护,有效减少额外的器件数量和尺寸。

该产品通过检测变压器原级线圈的峰值电流和辅助线圈的反馈电压,间接控制系统的输出电压和电流,从而达到输出恒压或者恒流的目的。在一定的输出功率范围内,可通过反馈电阻设定输出电压和通过峰值电流采样电阻设定输出电流。另外,芯片也可以根据需要设置峰值电流补偿,以达到最佳输出电流调整率,满足驱动LED串并联不同方案的需要。

一、工作原理

1.
电路启动和欠压锁定:系统上电,电路由内置耗尽型MOS管对vCC管脚外置的电容充电。当VCC上升到18V,电路开始工作,关断耗尽型MOs:在电路正常工作过程中,由辅助线圈供电来维持VCC电压;当VCC下降到85V进入欠压锁定状态,耗尽型MOS管打开,对VCC电容供电,VCC上升到18V,电路启动重新工作。

目前,SD6955适用输出功率3~5W,平均效率大于68%(采用1.8米AWG28线缆),待机功耗小于100mW,输出电流的精度严格控制在±5.0%以内,整机对空气的ESD能力大于±15KeV。

图2

5.
峰值电流补偿:由关断延迟时间导致实际检测到的峰值电流值,随着输λ交流电压的増大而増大,而峰值电流值直接反映输岀电流因此造成输出电流随输入交流电压的线性调整率会比较差。sDH8594AS利用导通时间来控制峰值电流,使不同输入电压下的峰值电流基本保持不变,改善输出电流的调整率。

杭州士兰微电子公司是专业从事集成电路芯片设计以及半导体微电子相关产品生产的高新技术企业,公司目前的主要产品是集成电路和半导体产品。

3.输出电容:输出电容的选择主要是根据设计中所需要的输出纹波的要求来进行选取。电容产生的纹波:相对很小,可以忽略不计;电容等效电感产生的纹波:在300KHz~500KHz以下,可以忽略不计;电容等效电阻产生的纹波:与ESR和流过电容电流成正比,该电流纹波主要是和开关管的开关频率有关,基本为开关频率的n次谐波,为了减少纹波,让ESR尽量小。

3、CV控制方式:当MOS管关断,反馈电压为正,在FB为正的2/3~1/2时间点进行采样,采样得到的电压经过与恒压阈值Vc的比较、放大,产生恒压环路的关断时间ToF,从而实现输出的恒压。在轻载或者中载的时候,恒压环路产生不同的峰值电流。

DC/DC电源指直流转换为直流的电源,从这个定义上看,LDO芯片也应该属于DC/DC电源,但一般只将直流变换到直流,且这种转换方式是通过开关方式实现的电源称为DC/DC电源。

4.
CC控制方式:通过电路对FB为正、为负或准谐振的时间进行计算,FB为正的时间为ToF1表示变压器的次级线圈有电流,FB为负的时间为TN,FB衰减振荡的时间为ToFF2,在这两个时间内变压器的次级线圈没有电流。

1.电感电压伏秒平衡定律

2、峰值电流检测和LEB:当驱动为高电平,MOS管导通,通过采样电阻检测呈线性增大的原级线圈的电流,当达到设定的电流限制值即峰值电流,MOS管关断。

根据电感电压伏秒平衡定律可得:Vin*Ton=*

8.PFM调制频率的设定:骊微电子的SDH8594AS在PFM调制频率范围由导通时间TN和恒压环路控制关断时间T。F所决定。因此当关断时间最长T。FFma时,系统处于最小限制频率状态,工作频率最低;当关断时间最短
ToFFmink时,系统处于最高频工作状态,工作频率达到最高。

优点:噪声低、效率高,对负载的变化响应速度快,且支持连续供电的工作模式。

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当PWM驱动高电平使得NMOS管Q1导通,忽略MOS管的导通压降,电感电流呈线性上升,此时电感正向伏秒为:V*Ton=*威尼斯手机娱乐官网,Ton

是不是觉得有点难理解,接着往下看原理图分析。

PFM通过调节开关频率以实现稳定的电源电压的输出。PFM工作时,在输出电压超过上阈值电压后,其输出将关断,直到输出电压跌落到低于下阈值电压时,才重新开始工作。

2.2 BOOST升压型

一个功率变换器,当输入、负载和控制均为固定值时的工作状态,在开关电源中,被称为稳态。稳态下,功率变换器中的电感满足电感电压伏秒平衡定律:对于已工作在稳态的DC/DC功率变换器,有源开关导通时加在滤波电感上的正向伏秒一定等于有源开关截至时加在该电感上的反向伏秒。

2.3 BUCK-BOOST极性反转升降压型(该电路中二极管方向反了)

四、DC/DC电路的硬件设计参数选择标准

图5

DC/DC电源属于斩波类型,即按照一定的调制方式,不断地导通和关断高速开关,通过控制开关通断的占空比,可以实现直流电源电平的转换。DC/DC电源的调制方式有三种:PWM方式、PFM方式、PWM与PFM的混合方式。

1.PWM

4.软启动电路:用于电源启动时,减小浪涌电流,使输出电压缓慢上升,减小对输入电源的影响。

即 Vo=Vin/

1.设置输出电压:先选择合适的R2,R2过小会导致静态电流过大,从而导致加大损耗;R2太大会导致静态电流过小,而导致FB引脚的反馈电压对噪声敏感,一般在数据手册中有推荐值范围参考。选定R2,根据输出电压计算R1的值,R1=((Vout-Vref)/Vref)*R2。

2.PFM

要理解DC/DC的工作原理,首先得了解一个定律和开关电源的三种基本拓扑(不要以为开关电源的基本拓扑很难,你继续往下看)。

缺点:对负载变化响应较慢,输出电压的噪声和纹波相对较大,不适合工作于连续供电方式。

2.温度保护:当温度高于限定值,芯片停止工作。

图1

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2.1 BUCK降压型

和BUCK电路类似的分析方法,当MOS管导通时,电感的正向伏秒为:Vin*Ton;当MOS管截至时,电感的反向伏秒为:*

PWM采用恒定的开关频率,通过调节脉冲宽度的方法来实现稳定电源电压的输出。在PWM调制方式下,开关频率恒定,即不存在长时间被关断的情况。

即 Vo=D*Vin

1.误差放大器

当PWM驱动低电平使得NMOS管Q1截至时,电感电流不能突变,经过续流二极管形成回路,给输出负载供电,此时电感电流下降,此时电感反向伏秒为:V*Toff=Vo*

即 Vo=-Vin*

3.限流保护:如果电流比较器的电阻上的电流过大,输出就会降低,直到超过下限阈值,电源芯片就会出现打嗝现象。这个模式可以在输出发生短路的情况下很好地保护芯片,保护稳压管,一旦过流现象消除,打嗝也会消除。

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2.开关电源三种基本拓扑

根据电感电压伏秒平衡定律可得:Vin*Ton=-Vo*

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接下来我们来看看DC/DC电源芯片内部的单元模块,并且给大家看看基本拓扑与电源芯片的联系,先来看一个图。

优点:功耗较低,轻负载时,效率高且无需提供假负载。

误差放大器的作用就是将反馈电压与基准电压的差值进行放大,然后再用该信号去控制PWM输出信号的占空比。

2.电感:电感的选择要满足直到输出最小规定电流时,电感电流也保持连续。在电感选取过程中需要综合输出电流、纹波、体积等多个因素进行考虑。较大的电感将导致较小的纹波电流,从而导致较低的纹波电压,但是电感越大,将具有更大的物理占用面积,更高的串联电阻和更低的饱和电流。一般在芯片的datasheet中会有相应的计算公式。

图3

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图4

缺点:轻负载时效率较低,且电路工作不稳定,在设计上需要提供假负载。

首先还是来看电路图

由于二极管导通时至少存在0.3V的压降,因此续流二极管D所消耗的功率将会称为DC/DC电源主要功耗,从而严重限制了效率的提高。为解决该问题,以导通电阻极小的MOS管取代续流二极管。然后通过控制器同时控制开关管和同步整流管,要保证两个MOS管不能同时导通,负责将会发生短路。

3.同步整流技术

二、DC/DC电源调制方式

先来看一下原理图

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