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W高性能准谐振开关电源控制芯片DK
12W高性能准谐振开关电源控制芯片DK1208
DK1208——12W高性能准谐振开关电源控制芯片
功能描述
DK1208是一款符合6级能效标准的次级反馈,反激式AC-DC高性能准谐振开关电源控制芯片。
芯片内置高压功率管,芯片内还包含有准谐振检测、SLEEP超低待机、自供电等电路,并具有输出短路、次级开路、过温、过压等保护功能。
芯片采用高集成度的CMOS电路设计,具有外围元件极少,变压器成本低(隔离输出电路的变压器只需要两个绕组)等特点。
产品特点
l全电压输入85V—265V。
l内置700V功率管。
l专利的自供电技术,变压器无需外部供电绕组,无需启动电阻(降低成品成本)。
l特有的SLEEP技术使芯片具有超低的待机功耗。
l内置PWM准谐振电路,增加电源转换效率和保证良好的EMC特性。
l过温、过流、过压以及输出短路,次级开路,光耦失效保护。
l4KV防静电ESD测试。
应用领域
12W以下AC-DC应用包括:
电源适配器、充电器、电磁炉、空调、DVD、机顶盒等家电产品
。
注:
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DK1208——12W高性能准谐振开关电源控制芯片
封装与引脚定义(DIP8)
极限参数
供电电压VDD…………………………………………………………………-0.3V--8V供电电流VDD………………………………………………………………….100mA
………………………………………………….....-0.3V--VDD+0.3V引脚电压
…………………………………………………………...-0.3V--730V功率管耐压
IS最大电压....………………………………………………………………400mV
……………………………………………………………….1000mW总耗散功率
……………………………………………………….-25°C--+125°C工作温度
……………………………………………………….-55°C--+150°C储存温度
…………………………………………………………….+280°C/5S
焊接温度
注:
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DK1208——12W高性能准谐振开关电源控制芯片
电气参数
项目符号
工作电压VCC启动电压VCC_Start重启电压VCC_Min保护电压VCC_Max工作电流I启动电流I_Start启动时间T_Start功率管耐压Vor保护电压Vor_MaxIS最大电压VlimPWM输出频率F_PWM短路保护阀值Vfb_H待机阀值电压Vfb_L温度保护
前沿消隐时间Ton_Leb最小开通时间Ton_Min最大开通时间Ton_Max最小关闭时间Toff_Min待机功耗
内置电阻最大Ip电流
IS接地
700
测试条件
AC输入85V-----265VAC输入85V-----265VAC输入85V-----265VAC输入85V-----265VVCC=4.7V,FB=2.8VAC输入265VAC输入85V,C=22uFIoc=1mA
Lp=1.68mH,RS=0.57
VCC=4.7V,FB=2.8V,AC输入85VVCC=4.7V,FB=0.5V---3.5VFB电压FB电压结温VCC=4.7VVCC=4.7V
VCC=4.7V,FB=2.8V,AC输入85VVCC=4.7V,FB=2.8V,AC输入85V
---700100360203.40.4120
------133380-3.50.5130250500158
80
最小4.54.93.45.7
典型4.75.03.55.8
最大5.85.23.76.0400.5500---160400703.60.6140
单位VVVVmAmAmsVVmVKhzVV℃nsnsUsusmWmA
注:
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DK1208——12W高性能准谐振开关电源控制芯片
工作原理
上电启动:
芯片内置高压启动电流源;上电启动时当VDD电压小于启动电压时,打开三极管对外部的VDD储能电容C4充电。
当VDD电压达到启动电压VCC_Start的时候,关闭启动电流源,启动过程结束,控制逻辑开始输出PWM脉冲并检测IS电阻,当IS接电阻RS对地时,设定最大峰值电流Ip_Max=Vlim/RS(Vlim是IC6脚内部检测电压最大值);当IS脚直接接地时,设定最大峰值电流为Ip_Max=700mA;
软启动:
上电启动结束后,为防止输出电压建立过程可能产生的变压器磁芯饱和,功率管和次级整流管应力过大,芯片内置软启动电路,在软启动时初级峰值电流最大为0.5倍最大峰值电流。
准谐振输出:
一个PWM周期由3部分组成:
Lp*Ip;Vin
Lp*Ip2:
电感放电阶段(开关管关闭)T2=;Vvor1:
电感充电(开关管开通)阶段,T1=
3:
OC谐振阶段,谐振周期
为:
T=
2π
注:
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DK1208——12W高性能准谐振开关电源控制芯片
芯片采用准谐振输出方式,当检测到OC谐振到最低电压时,开通PWM输出,打开开关管给电感充电,这样减小了开关管的开关损耗,提高了电源的转换效率。
FB检测和反馈控制:
Fb引脚外部连接一只电容,以平滑Fb电压,外接电容会影响到电路的反馈瞬态特性及电路的稳定工作,典型应用可在1nF~10nF之间选择;芯片依据FB电压控制PWM输出峰值电流和工作频率。
SLEEP模式:
为实现超低待机功耗,芯片设计了SLEEP模式时,当输出功率逐渐下降到50mW以下时,芯片进入SLEEP模式。
可以实现系统超低的待机功耗(<80mW)。
自供电:
芯片使用了专利的自供电技术,控制VDD的电压在4.7V左右,提供芯片本身的电流消耗,无需外部辅助绕组提供。
自供电电路只能提供芯片自身的电流消耗,不能为外部线路提供能量。
过温保护(OTP):
芯片在内部集成了过温保护功能,如果因外部温度过高或者其它异常原因造成芯片温度过高,检测到芯片温度超过130℃,立即启动过温保护,停止输出脉冲,关断功率管并进入异常保护模式,温度异常解除后恢复正常工作。
初级短路保护:
外部变压器初级线圈的电流过大时,软启动结束后,如果在PWM开通500ns时检测到初级线圈电流达到最大峰值电流Ip_Max,芯片立即关断功率管,进入异常保护模式。
IC供电电源异常:
因外部异常导致VCC电压低于VCC_Min时,芯片将关断功率管,进行重新启动。
因外部异常导致VCC电压高于VCC_Max时,立即启动VCC过压保护,停止输出脉冲并进入异常保护模
式。
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DK1208——12W高性能准谐振开关电源控制芯片
短路和过载保护(OCP):
次级输出短路或者过载时,如果FB电压连续1.7S高于短路保护阀值Vfb_H;芯片立即关断功率管,进入异常保护模式。
次级开路和光耦失效保护(OVP):
当次级开路或光耦失效时,如果检测到反激电压Vor>Vor_Max,立即关闭PWM输出并进入异常保护模式。
在光耦失效时,输出保护电压可通过下面公式计算:
45000*Lp?
VdVo_max=RS*N
Vo_max:
输出保护电压
Lp:
初级线圈电感量H
RS:
IS电阻值Ω
N:
初次级匝比
Vd:
次级整流管压降V
在IS接地使用内置电阻时,输出保护电压公式为:
86400*LpVo_max=?
Vd。
N
异常保护模式:
芯片进入异常保护模式后,关闭PWM输出,启动500ms定时器。
在500ms内,VCC电压下降并维持4.6V,500ms后,芯片结束异常状态
。
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DK1208——12W高性能准谐振开关电源控制芯片
典型应用(5V2A
输出离线反激式开关电源)
元器件清单
序
号1234
元件名称保险丝整流二极管二极管
规格/型号T2A250V1N4007FR10710U4522uF/400V
6
电解电容
22uF/10V1000uF/10V470uF/10V
7
电感
10uH/2.5A2A472J
8
电容
102瓷片Y电容102104瓷片200K/0.25W
1K
9
色环电阻
4K710K9.7K20K
位号F1D1~D4D5D6C1C4C6C7L2C3C5C8C9R1R2R3R4R5R6
111
精度1%精度1%精度1%
数量141111*********
备注
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DK1208——12W高性能准谐振开关电源控制芯片
0.56
10111213
光耦电压基准IC变压器
PC817CTL431DK1208EF20
RsIC2IC3IC1T1
11111
精度1%
注意事项
1、功率器件是需要散热的,芯片的主要热量来自功率开关管,功率开关管与引脚78相连接,所以在PCB布线时,应该将引脚78外接的铜箔的面积加大并作镀锡处理,以增大散热能力。
2、芯片的78引脚是芯片的高压部份,最高电压可达600V以上,所以在线路布置上要与低压部份保证1.5mm以上的安全距离,以免电路出现击穿放电现象。
3、由于变压器不是理想器件,在制造过程中一定会存在漏感,漏感会影响到产品的稳定及安全,所以要减小,漏电感应控制在电感量的8%以内,三明治绕线方式可以减小漏感。
变压器设计(只作参考)
变压器设计时,需要先确定一些参数:
(1)输入电压范围
(2)输出电压、电流
AC85~265VDC5.2V/2A
1:
反激电压VOR选择:
DK1208中VOR最大值为133V,为防止干扰,输出保护电压应当大于输出电压的1.2倍,即正常工作时Vor取值最大为:
133/1.2=110V;输出保护电压应当小于输出电容的耐压值。
当输出电容耐压10V时,Vor取值最小为:
133*5.2/10=70V。
本设计取Vor=80V。
2:
RS计算:
系统PWM输出为准谐振模式,输出电压越低,频率越慢,需要的Ip电流越大。
在低压准谐振时,RS的阻值计算公式如下:
RS=Po:
Vin_min:
0.135*Vin_min*Vor
*******
(1),
Po*(Vin_min+Vor)
输出功率
交流输入电压经过滤波后
直流电压平均值,这个电压和输入滤波电容有
关,在AC85V时,Vin_min=85*0.9*1.414-20=86V。
输入滤波电容默认为2uF/W,用到3uF/W电压可适当的提高。
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DK1208——12W高性能准谐振开关电源控制芯片
Vor:
反激电压。
0.135*Vin_min*Vor0.135*86*80==0.538≈0.54Po*(Vin_min+Vor)5.2*2*(86+80)本设计RS阻值为:
RS=
3:
匝比计算:
变压器输出端的正向电压=5.2+0.35(10V45导通压降)+0.1(线路压降)=5.65,当Vor=80V时,匝比为:
N=80/5.65=14.16
4:
初级电感Lp计算:
DK1208中,Lp与RS为正比例关系,比例系数为0.003,因此:
Lp=0.003*RS=0.003*0.54=1.6mH。
5.磁芯计算:
AP=Ae*AW=
Ae
Aw
J
f6500*PO6500*10.4==1201=1201mm^4?
B*J*f0.25*5*45――――磁芯有效面积(mm2)――――磁芯窗口面积(mm2)--------电流密度J取5A/mm2。
---------工作频率F,Khz,准谐振时最低频率为45Khz。
△Bac――――交变工作磁密(mT),设为0.25
我们可以通过磁芯的制造商提供的图表进行选择,EE19的AP=1243mm^4,EF20的AP=2231mm^4,从设计性能优化角度以及为改善EMI设计增加初、次级屏蔽层来选择,可以选择EF20这款变压器(AE=33.5,属于标称值,请按实物测量为准),这样变压器生产和效率,散热上更有优势。
6.初级,次级线圈匝数计算:
先依据下列公式计算出初级线圈的大约值,在依据匝比计算出次级线圈的匝数,次级线圈匝数取整后,再依据匝数比计算出初级线圈的实际值。
NP=380*LP380*1.6==134匝,其中Lp单位为mH,Ae单位为mm^2。
Ae*?
B*RS33.5*0.25*0.54
NS=NP/N=134/14.16=9.46,次级选择绕线9匝,NS=9,
NP=NS*N=9*14.16=128匝(实际选
值)
注:
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DK1208——12W高性能准谐振开关电源控制芯片封装尺寸
(DIP8)
注:
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DK1208——12W高性能准谐振开关电源控制芯片包装信息
芯片采用防静电管包
装
注:
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