主要特点
• 恒压和恒流控制
• 全电压输出电压精度可达±5%
• 高精度内部基准电压源
• 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
• 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
• 5000V HBM ESD能力
• DIP-8L绿色封装
应用
• AC/DC电源适配器
• 手机和数码相机充电器
• 替代线性调整器和RCC电源
• LED照明电源
概述
CR6339 是一款基于原边控制模式、±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 18W。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。
在恒流控制时,恒流值和输出功率可以通过 CS 引脚的限流电阻 RS 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。
CR6339 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有良好的 EMI 性能。
引脚描述
名称 |
描述 |
VDD |
电源。 |
COMP |
恒压模式的环路补偿端。 |
INV |
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。 |
极限参数
符号 |
参数 |
值 |
单位 |
VDD |
工作电压 |
30 |
V |
VDRAIN |
高压MOSFET漏端电压(关闭状态) |
-0.3 to BVdss |
V |
IVDD |
VDD箝位的连续电流 |
10 |
mA |
VCOMP |
COMP引脚工作电压 |
-0.3 to 7 |
V |
VCS |
CS引脚工作电压 |
-0.3 to 7 |
V |
VINV |
INV引脚工作电压 |
-0.3 to 7 |
V |
ESD |
ESD能力-人体模式 |
5000 |
V |
ESD能力-机械模式 |
500 |
V |
TL |
焊接温度 |
10秒 DIP-8L |
260 |
℃ |
10秒 SOP-8L |
260 |
℃ |
TSTG |
储存温度范围 |
-55 to + 150 |
℃ |
TJ |
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 |
VDD |
VDD 电源电压 |
12~23 |
V |
TOA |
工作环境温度 |
-20~85 |
℃ |
PO(85-265VAC) |
CR6339最大输出功率(适配器) |
DIP-8L |
12~18 |
W |
备注:实际最大功率必须保证足够的 DRAIN 散热面积,测试条件 50℃环境温度和 60℃温 升。增加散热面积或风冷来减小热阻可以获得更高的输出功率。
电气特性 (TA=25°C (除了另作说明), VDD = 16V)
参数 |
描述 |
测试条件 |
最
小 |
典
型 |
最
大 |
单位 |
供电电源部分 |
IST |
启动电流 |
VDD=13V |
|
5 |
20 |
μA |
IOP |
工作电流 |
INV=2V,CS=0V, VDD=20V |
|
2.5 |
3.5 |
mA |
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 |
VDD_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 |
VDD_CLAMP |
电源箝位电压 |
IDD=10mA |
30.5 |
32.5 |
34.5 |
V |
电流检测输入部分 |
TLEB |
前沿消隐时间 |
|
|
540 |
|
ns |
VTH_OC |
过流保护阈值 |
|
880 |
910 |
940 |
mV |
TD_OC |
过流保护延迟 |
|
|
150 |
|
ns |
ZCS_IN |
CS 输入阻抗 |
|
|
50 |
|
k? |
TSS |
软启动时间 |
|
|
10 |
|
ms |
频率部分 |
FNORM |
正常工作频率 |
|
55 |
60 |
65 |
kHz |
FSTART |
|
INV=0V, COMP=5V |
|
14 |
|
kHz |
△F/FNORM |
频率抖动范围 |
|
-4 |
|
4 |
% |
误差放大器部分 |
VREF_EA |
误差放大器的输入基准
电压 |
|
1.97 |
2 |
2.03 |
V |
GDC |
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 |
|
μA |
功率 MOSFET 部分 |
BVdss |
MOSFET 漏源击穿电
压 |
VGS=0V, IDS=250μA |
600 |
|
|
V |
RDS_O *
N |
漏源之间静态导通电阻
(VGS=10V) |
IDS=2A |
CR6339 |
|
2.2 |
2.5 |
? |
过温保护部分 |
TOTP |
过温保护点 |
|
|
160 |
|
℃ |
* 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。
工作描述 启动电流和启动控制
CR6339 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 20μA。一旦 VDD 超过 UVLO_OFF,芯片就进入软启动状态,使 CR6339 的峰值电流电压逐渐从 0V 增加到 0.91V,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
CR6339 的恒压/恒流特征曲线如图 1 所示。CR6339 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,先是恒流充电直到电池接近充饱的状态,随后再进行恒压充电。 在 CR6339 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。
恒压工作
在恒压控制时,CR6339 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 CR6339 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:
其中 LP 是变压器原边电感值,IP 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:
由于 Tdemag 与电感的大小成反比,因此,电感 LP 和 FSW 的乘积为一定值,从而限制了 最大的输出功率,避免了系统进入连续工作模式。
电流检测和前沿消隐
CR6339 采样功率 MOSFET 上的电流是通过 CS 来实现的。CR6339 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 0.91V。因此,MOSFET 上 最大的峰值电流为:
CR6339 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 CR6339 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 CR6339 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 特性 和开关损耗之间寻求折衷来提供合适的栅驱动。CR6339 采用了软驱动和图腾柱输出结构, 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统的 EMI 特性获得了很大的改善。
保护控制
CR6339 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。CR6339 每次的重 启都具有软启动功能。
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 |
1.470 |
1.524 |
1.570 |
0.058 |
0.060 |
0.062 |
b1 |
0.380 |
0.460 |
0.510 |
0.015 |
0.018 |
0.021 |
D |
9.017 |
9.271 |
10.160 |
0.355 |
0.365 |
0.400 |
E |
7.620 |
7.870 |
8.25 |
0.300 |
0.310 |
0.325 |
E1 |
6.223 |
6.350 |
6.477 |
0.245 |
0.250 |
0.255 |
e |
2.500 |
2.540 |
2.580 |
0.098 |
0.100 |
0.102 |
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? |
产品型号 |
封装类型 |
包装材质 |
一管 |
一盒 |
一箱 |
CR6339 |
DIP-8L |
料管 |
50 |
2000 |
20000 |
产品最小订购量为 2000 片,即一盒的芯片数量。