CR533X

CR533X—CR5335/5336/5337
原 边 控 制 高 精 度 恒 流 / 恒 压 PWM 功 率 开 关
主 要 特 点
恒 压 和 恒 流 控 制
全 电 压 输 出 电 压 精 度 可 达 ±5%
±1% 的 内 部 基 准 电 压 源
内 置 高 压 MOSFET
原 边 控 制 模 式 , 无 需 TL431 和 光 耦
非 连 续 模 式 下 的 反 激 拓 扑
具 有 软 启 动 功 能
频 率 抖 动
恒 流 和 输 出 功 率 可 调
内 置 次 级 电 压 采 样 控 制 器
应 用
AC/DC 电 源 适 配 器
DVD/DVB 电 源
充 电 器
可 调 式 线 损 补 偿
欠 压 锁 定
逐 周 期 电 流 限 制
峰 值 电 流 限 制
过 温 保 护
过 压 保 护 和 电 源 箝 位
内 置 前 沿 消 隐
亚 微 米 高 压 BiCMOS 工 艺
DIP-8L、SOP-8L 绿 色 封 装
ADSL 等 无 线 路 由 器 开 关 电 源
LED 照 明 电 源
概 述
CR533X 是 一 款 基 于 原 边 控 制 模 式 、±
在 恒 流 控 制 时 , 恒 流 值 和 输 出 功 率 可 以 通
5% 精 度 的 PWM 功 率 开 关 , 无 需 TL431 和 光
耦 , 能 应 用 于 小 功 率 AC /DC 电 源 适 配 器 、LED
照 明 电 源 和 充 电 器 , 最 大 功 率 为 12W。 芯 片
内 置 了 恒 流 / 恒 压 两 种 控 制 方 式 , 其 典 型 的 控
制 曲 线 如 图 1 所 示 。
过 CS 引 脚 的 限 流 电 阻 R S 设 定 ; 在 恒 压 控 制
时 , 芯 片 在 INV 脚 采 样 辅 助 绕 组 的 电 压 , 进
而 调 整 输 出 。 在 恒 压 控 制 时 还 采 用 了 多 种 模 式
的 控 制 方 式 , 既 保 证 了 芯 片 的 高 性 能 和 高 精
度 , 又 保 证 了 高 转 换 效 率 。 此 外 , 通 过 内 置 的
线 损 补 偿 电 路 保 证 了 输 出 电 压 的 高 精 度 。
CR533X 具 有 软 启 动 功 能 , 并 具 有 一 系 列
完 善 的 保 护 措 施 , 包 括 逐 周 期 电 流 限 制 、 峰 值
电 流 限 制 、 过 温 保 护 、 过 压 保 护 、 电 源 箝 位 和
欠 压 锁 定 功 能 。 此 外 , 芯 片 内 部 设 置 的 频 率 抖
动 功 能 和 软 驱 动 功 能 保 证 了 芯 片 在 工 作 时 具
图 1 典 型 的 恒 流 / 恒 压 曲 线
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有 良 好 的 EMI 性 能 。
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CR533X
原 边 控 制 高 精 度 恒 流 / 恒 压 PWM 功 率 开 关
引 脚 排 列 图 (DIP-8L & SOP-8L)
引 脚 描 述
名 称
描 述
VDD 电 源 。
COMP 恒 压 模 式 的 环 路 补 偿 端 。
辅 助 绕 组 电 压 反 馈 输 入 端 , 通 过 一 个 电 阻 分 压 器 连 接 到 反 射 输 出 电 压 的 辅 助 绕
INV 组 上 。 工 作 在 PWM 模 式 时 , 开 关 的 占 空 比 由 误 差 放 大 器 的 输 出 COMP 和 4 脚
上 的 电 流 检 测 信 号 CS 决 定 。
CS 电 流 检 测 输 入 端 。
Drain 高 压 MOSFET 漏 极 引 脚 , 连 接 到 变 压 器 的 原 边 绕 组 上 。
GND 地 。
典 型 应 用
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CR533X
原 边 控 制 高 精 度 恒 流 / 恒 压 PWM 功 率 开 关
功 能 框 图
极 限 参 数
符 号
参 数 值 单 位
V DD 工 作 电 压 30 V
V Drain 高 压 MOSFET 漏 端 电 压 ( 关 闭 状 态 ) -0.3 to 650 V
I VDD V DD 箝 位 的 连 续 电 流 10 mA
V COMP COMP 引 脚 工 作 电 压 -0.3 to 7V V
V CS CS 引 脚 工 作 电 压 -0.3 to 7V V
V INV INV 引 脚 工 作 电 压 -0.3 to 7V V
ESD
T L
ESD 能 力 - 人 体 模 式 2500 V
ESD 能 力 - 机 械 模 式 250 V
焊 接 温 度
20 秒 DIP-8L 260 ℃
20 秒 SOP-8L 260 ℃
T STG 储 存 温 度 范 围 -55 to + 150 ℃
T J 工 作 结 温 范 围 -20 to + 150 ℃
推 荐 工 作 环 境
符 号
参 数
最 小 ~ 最 大
单 位
V DD VDD 电 源 电 压 12~23 V
T OA 工 作 环 境 温 度 -20~85 ℃
CR5335 最 大 输 出 功 率 ( 适 配 器 ) SOP-8L 5~7 W
P O (85-265VAC) CR5336 最 大 输 出 功 率 ( 适 配 器 ) DIP-8L 6~8 W
CR5337 最 大 输 出 功 率 ( 适 配 器 ) DIP-8L 7~12 W
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原 边 控 制 高 精 度 恒 流 / 恒 压 PWM 功 率 开 关
电 气 特 性 (Ta=25°C ( 除 了 另 作 说 明 ), V DD = 16V)
参 数
描 述
测 试 条 件
最 小
典 型
最 大
单 位
供 电 电 源 部 分
I DD(ST) 启 动 电 流 V DD =13V 5 20 uA
I DD(OP)
INV=2V , CS=0V ,
工 作 电 流
2.5 3.5 mA
V DD =20V
UVLO(ON) 进 入 欠 压 锁 定 的 阈 值 电 压 VDD 下 降 时 7.5 8.5 10 V
UVLO(OFF) 退 出 欠 压 锁 定 的 阈 值 电 压 VDD 上 升 时 13.5 14.5 16.0 V
V th(OVP) 过 压 保 护 的 阈 值 电 压 VDD 上 升 直 至 输 出 关 断 27.5 29.5 31.5 V
V DD_clamp 电 源 箝 位 电 压 IDD=10mA 30.5 32.5 34.5 V
电 流 检 测 输 入 部 分
T LEB 前 沿 消 隐 时 间 540 ns
V th(OC) 过 流 保 护 阈 值 870 900 930 mV
T d(OC) 过 流 保 护 延 迟 150 ns
R SENSE_IN SENSE 输 入 阻 抗 50 Kohm
T SS 软 启 动 时 间 10 ms
恒 压 部 分
f Nom 正 常 工 作 频 率 60 KHz
f start INV=0V,Comp=5V 14 KHz
误 差 放 大 器 部 分
V ref_EA 误 差 放 大 器 的 输 入 基 准 电 压 1.98 2 2.02 V
G DC 误 差 放 大 器 的 直 流 增 益 60 dB
I _COMP_MAX 线 损 补 偿 最 大 电 流 INV=2V,COMP=0V 42 uA
功 率 MOSFET 部 分
BVdss MOSFET 漏 源 击 穿 电 压 V GS =0V, I DS =250uA 620 V
R DS(ON)
*
漏 源 之 间 静 态 导 通 电 阻
V GS =10V,
I DS =1A
CR5335 9 11 Ω
CR5336 8.5 9.0 Ω
CR5337 4.5 5.0 Ω
过 温 保 护 部 分
T OTP 过 温 保 护 点 160 ℃
频 率 抖 动 部 分
△f
OSC 频 率 抖 动 范 围 -4 4 %
* 集 成 化 功 率 MOSFET 的 内 阻 和 封 装 形 式 、 散 热 、 环 境 温 度 都 有 关 系 , 本 说 明 书 所 给 值 为 室 温
下 分 立 封 装 的 MOSFET 内 阻 。
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原 边 控 制 高 精 度 恒 流 / 恒 压 PWM 功 率 开 关
工 作 描 述
启 动 电 流 和 启 动 控 制
CR533X 仅 仅 需 要 很 低 的 启 动 电 流 就 可
以 迅 速 的 达 到 启 动 电 压 点 UVLO(off), 从 而 使
芯 片 开 始 工 作 。 实 际 应 用 时 , 只 需 要 一 个 阻 值
非 常 大 的 电 阻 就 能 满 足 芯 片 的 快 速 启 动 , 从 而
使 得 功 率 损 耗 到 最 小 。 启 动 电 阻 提 供 了 从 高 压
端 到 VDD 旁 路 电 容 的 直 流 通 路 , 为 芯 片 提 供
启 动 电 流 , 启 动 电 流 小 于 20uA。 一 旦 VDD
超 过 UVLO(off), 芯 片 就 进 入 软 启 动 状 态 ,
使 CR533X 的 峰 值 电 流 电 压 逐 渐 从 0V 增 加 到
的 原 理 。 在 恒 流 模 式 下 , 无 论 输 出 电 压 如 何 变
化 , 输 出 电 流 为 一 常 数 。
在 作 为 充 电 器 应 用 时 , 先 是 恒 流 充 电 直 到
接 近 电 池 充 饱 的 状 态 , 随 后 再 进 行 恒 压 充 电 。
在 CR533X 中 , 恒 流 值 和 最 大 输 出 功 率 可 以
通 过 外 部 的 限 流 电 阻 RS 来 设 定 。 输 出 功 率 的
大 小 随 着 恒 流 值 的 变 化 而 变 化 。 系 统 功 率 大
小 , 主 要 决 定 于 原 边 电 感 量 的 大 小 ; 在 系 统 功
率 范 围 内 RS 越 大 , 恒 流 值 就 越 小 , 输 出 功 率
也 越 小 ; 在 系 统 功 率 范 围 内 RS 越 小 , 恒 流 值
就 越 大 , 输 出 功 率 也 越 大 。 具 体 参 照 图 2 所 示 。
0.9V, 用 以 减 轻 在 启 动 时 对 电 路 元 件 的 冲 击 。
VDD 的 旁 路 电 容 一 直 为 芯 片 提 供 供 电 直 到 输
出 电 压 足 够 高 以 至 于 能 够 支 撑 VDD 通 过 辅 助
绕 组 供 电 为 止 。
恒 流 工 作
CR533X 的 恒 压 / 恒 流 特 征 曲 线 如 图 1 所
示 。CR533X 被 设 计 应 用 于 工 作 在 非 连 续 模 式
下 的 反 激 式 系 统 中 。 在 正 常 工 作 时 , 当 INV
电 压 低 于 内 部 2.0V 的 基 准 电 压 好 时 , 系 统 工
作 在 恒 流 模 式 , 否 则 系 统 工 作 在 恒 压 模 式 。
当 次 级 输 出 电 流 达 到 了 系 统 设 定 的 最 大 电 流
时 , 系 统 就 进 入 恒 流 模 式 , 并 且 会 引 起 输 出 电
压 的 下 降 。 随 着 输 出 电 压 的 下 降 , 反 馈 电 压 也
跟 着 下 降 , 芯 片 内 部 的 VCO 将 会 调 整 开 关 的
频 率 , 以 使 输 出 功 率 保 持 和 输 出 电 压 成 正 比 ,
其 结 果 就 是 使 输 出 电 流 保 持 恒 定 。 这 就 是 恒 流
图 2 输 出 功 率 随 Rs 的 变 化 曲 线
恒 压 工 作
在 恒 压 控 制 时 ,CR533X 利 用 辅 助 绕 组 通
过 电 阻 分 压 器 从 INV 采 样 输 出 电 压 , 并 将 采
样 的 输 出 电 压 与 芯 片 内 部 的 基 准 电 压 通 过 误
差 放 大 器 进 行 比 较 放 大 , 从 而 调 整 输 出 电 压 。
当 采 样 电 压 高 于 内 部 基 准 电 压 , 误 差 放 大 器 的
输 出 电 压 COMP 减 小 , 从 而 减 小 开 关 占 空 比 ;
当 采 样 电 压 低 于 内 部 基 准 电 压 时 , 误 差 放 大 器
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原 边 控 制 高 精 度 恒 流 / 恒 压 PWM 功 率 开 关
的 输 出 电 压 COMP 增 加 , 从 而 增 大 开 关 占 空
比 , 通 过 这 种 方 式 稳 定 输 出 电 压 。
在 作 为 AC/DC 电 源 应 用 时 , 正 常 工 作 时
芯 片 处 于 恒 压 状 态 。 在 恒 压 模 式 下 , 系 统 输 出
电 压 通 过 原 边 进 行 控 制 。
为 了 实 现 CR533X 的 恒 流 / 恒 压 控 制 , 系
统 必 须 工 作 在 反 激 式 系 统 的 非 连 续 模 式 。( 参
照 典 型 应 用 电 路 ) 在 非 连 续 模 式 的 反 激 式 转 换
器 中 , 输 出 电 压 能 够 通 过 辅 助 绕 组 来 设 定 。 当
功 率 MOSFET 导 通 时 , 负 载 电 流 由 输 出 滤 波
电 容 CO 提 供 , 原 边 电 流 呈 斜 坡 上 升 , 系 统 将
能 量 存 储 在 变 压 器 的 磁 芯 中 , 当 功 率
MOSFET 关 断 时 , 存 储 在 变 压 器 磁 芯 中 的 能
量 传 递 到 输 出 。
此 时 辅 助 绕 组 反 射 输 出 电 压 , 具 体 如 图 3
所 示 , 计 算 公 式 如 下 :
N
AUX
VAUX
= ⋅ ( VO
+ ∆ V ) (1)
N
S
其 中 ∆V 是 指 整 流 二 极 管 上 的 压 降 。
持 , 直 至 下 一 次 采 样 。 采 样 到 的 电 压 和 内 部
2.0V 的 基 准 电 压 比 较 , 将 其 误 差 放 大 。 误 差
放 大 器 的 输 出 COMP 反 映 负 载 的 状 况 , 控 制
脉 宽 调 制 开 关 的 占 空 比 , 进 而 调 整 输 出 电 压 ,
这 样 就 实 现 了 恒 压 控 制 。
线 损 补 偿
随 着 负 载 电 流 的 增 加 , 导 线 上 的 电 压 降 也
会 增 加 , 导 致 输 出 电 压 的 减 小 。CR533X 内 置
的 线 损 补 偿 电 路 能 够 补 偿 导 线 的 损 耗 压 降 , 从
而 稳 定 输 出 电 压 。 当 引 入 了 导 线 损 耗 压 降 以
后 , 辅 助 绕 组 反 射 输 出 电 压 的 计 算 公 式 (1)
将 会 被 修 正 为
N
AUX
VAUX = ⋅ ( VO + ∆ V + Vcable
) (2)
N
S
其 中 V
Cable
为 导 线 上 的 损 耗 压 降 。 为 了 补 偿 导
线 上 的 损 耗 压 降 , 一 个 电 压 偏 移 量 被 叠 加 到
INV 上 。 这 个 电 压 偏 移 量 是 由 一 个 内 部 电 流
I
C
流 入 电 阻 分 压 器 产 生 的 , 具 体 的 控 制 电 路
如 图 4 所 示 。
图 3. 辅 助 绕 组 电 压 波 形
通 过 一 个 电 阻 分 压 器 连 接 到 辅 助 绕 组 和
INV 之 间 , 这 样 , 通 过 芯 片 内 部 的 控 制 算 法 ,
辅 助 绕 组 上 的 电 压 在 去 磁 结 束 时 被 采 样 并 保
图 4 线 损 补 偿 电 路
线 损 补 偿 电 流 I C
与 误 差 放 大 器 的 输 出
COMP 电 压 成 反 比 , 因 此 , 也 与 输 出 负 载 电
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原 边 控 制 高 精 度 恒 流 / 恒 压 PWM 功 率 开 关
流 成 反 比 。 基 于 以 上 原 理 , 线 损 补 偿 得 以 实 现 ,
具 体 的 计 算 公 式 如 下 :
R1
N
AUX
V (1 + ref
) ICR1 ( VO V Vcable
)
R2
− = N
⋅ + ∆ + (3)
S
当 系 统 从 满 载 变 到 空 载 的 过 程 中 , 叠 加 到 INV
的 电 压 偏 移 量 将 会 增 加 。 在 应 用 时 可 以 通 过 调
节 电 阻 分 压 器 中 电 阻 的 大 小 来 调 整 补 偿 的 多
少 。 在 恒 压 模 式 下 , 引 入 线 损 补 偿 提 高 了 输 出
电 压 的 精 度 和 负 载 调 整 率 。
开 关 的 工 作 频 率
CR533X 的 开 关 频 率 受 控 于 负 载 状 况 和
工 作 模 式 。 内 部 电 路 设 定 最 大 开 关 频 率 为
60KHz。
在 反 激 模 式 的 断 续 工 作 时 , 最 大 输 出 功 率
通 过 以 下 公 式 计 算 :
1
2
PoMAX = LPFSW IP
(4)
2
其 中 L P 是 变 压 器 原 边 电 感 值 ,I P 是 原 边 峰 值
电 流 。
为 了 系 统 能 够 安 全 的 工 作 , 原 边 采 样 电 路
必 须 工 作 在 非 连 续 模 式 。 为 了 防 止 系 统 进 入 连
续 工 作 模 式 , 开 关 频 率 被 内 部 环 路 锁 定 , 此 时
的 开 关 频 率 为 :
F
SW
1
= (5)
2T
Demag
由 于 T Demag 与 电 感 的 大 小 成 反 比 , 因 此 ,
电 流 检 测 和 前 沿 消 隐
CR533X 采 样 功 率 MOSFET 上 的 电 流 是
通 过 CS 来 实 现 的 。CR533X 不 仅 设 计 了 逐 周
期 的 电 流 限 制 , 而 且 设 计 了 峰 值 电 流 限 制 , 最
大 的 峰 值 电 流 电 压 为 0.9V。 因 此 ,MOSFET
上 最 大 的 峰 值 电 流 为 :
I
peak (max)
0.9V
= (6)
R
CR533X 在 CS 端 设 计 了 一 个 约 为 540ns
的 前 沿 消 隐 时 间 用 来 防 止 在 开 关 导 通 时 刻 错
误 的 过 流 保 护 被 触 发 。 因 此 , 不 需 要 在 CS 端
在 增 加 额 外 的 RC 滤 波 电 路 。 采 样 电 流 的 输 入
信 号 CS 和 误 差 放 大 器 的 输 出 COMP 共 同 决
定 开 关 的 占 空 比 , 稳 定 输 出 。
频 率 抖 动 和 软 驱 动
为 了 改 善 CR533X 系 统 的 EMI 特 性 , 芯
片 内 部 采 用 了 两 种 方 式 。 其 中 一 种 方 式 是 采 用
频 率 抖 动 , 即 在 CR533X 正 常 工 作 频 率 的 基
础 上 叠 加 一 个 微 小 的 扰 动 。 也 即 是 说 , 内 部 振
荡 器 的 频 率 被 调 制 用 来 分 散 谐 波 干 扰 能 量 , 分
散 的 能 量 能 够 最 小 化 EMI 带 宽 。 另 一 种 方 式
是 软 驱 动 , 即 逐 渐 打 开 功 率 MOSFET。 当 提
供 给 功 率 MOSFET 的 栅 驱 动 太 强 时 ,EMI 特
性 会 变 差 ; 当 提 供 给 功 率 MOSFET 的 栅 驱 动
太 弱 时 , 开 关 损 耗 又 会 加 大 , 因 此 需 要 在 EMI
S
电 感 L P 和 F SW 的 乘 积 为 一 定 值 , 从 而 限 制 了 特 性 和 开 关 损 耗 之 间 寻 求 折 衷 来 提 供 合 适 的
最 大 的 输 出 功 率 , 避 免 了 系 统 进 入 连 续 工 作 模 栅 驱 动 。CR533X 采 用 了 软 驱 动 和 图 腾 柱 输 出
式 。
结 构 , 既 获 得 了 很 好 的 EMI 特 性 , 又 降 低 了
开 关 损 耗 。 频 率 抖 动 和 软 驱 动 的 综 合 应 用 使 系
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原 边 控 制 高 精 度 恒 流 / 恒 压 PWM 功 率 开 关
统 的 EMI 特 性 获 得 了 很 大 的 改 善 。
保 护 控 制
CR533X 为 了 确 保 系 统 的 正 常 工 作 内 置
了 多 重 保 护 措 施 。 当 这 些 保 护 措 施 一 旦 被 触
电 源 VDD 由 辅 助 绕 组 提 供 。 当 VDD 低 于 进
入 欠 压 锁 定 的 阈 值 电 压 时 , 开 关 将 会 被 关 断 ,
随 后 系 统 自 动 进 入 重 启 状 态 。CR533X 每 次 的
重 启 都 具 有 软 启 动 功 能 。
发 , 将 会 关 断 MOSFET。 这 些 保 护 措 施 包 括
逐 周 期 的 电 流 限 制 、 峰 值 电 流 限 制 、 过 温 保 护 、
电 源 箝 位 、 软 启 动 、 欠 压 锁 定 等 。 芯 片 的 供 电
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封 装 尺 寸
DIP-8L
尺 寸 描 述
符 号
毫 米
英 寸
最 小
典 型
最 大
最 小
典 型
最 大
A 5.334 0.210
A1 0.381 0.015
A2 3.175 3.302 3.429 0.125 0.130 0.135
b 1.524 0.060
b1 0.457 0.018
D 9.017 9.271 10.160 0.355 0.365 0.400
E 7.620 0.300
E1 6.223 6.350 6.477 0.245 0.250 0.255
e 2.540 0.100
L 2.921 3.302 3.810 0.115 0.130 0.150
eB 8.509 9.017 9.525 0.335 0.355 0.375
θ˚ 0˚ 7˚ 15˚ 0˚ 7˚ 15˚
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SOP-8L
尺 寸 描 述
符 号
毫 米
英 寸
最 小
典 型
最 大
最 小
典 型
最 大
A 1.346 1.752 0.053 0.069
A1 0.101 0.254 0.004 0.010
b 0.406 0.016
c 0.203 0.008
D 4.648 4.978 0.183 0.196
E 3.810 3.987 0.150 0.157
e 1.016 1.270 1.524 0.040 0.050 0.060
F 0.381X45° 0.015X45°
H 5.791 6.197 0.228 0.244
L 0.406 1.270 0.016 0.050
θ˚ 0° 8° 0° 8°
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