ＳＷ２８０１ 高效率、自适应多模式 PWM 控制器 概述： SW2801 是一个高性能反激式自适应多模式 PWM 控制器。在有效的整机成 本下，通过优化的设计，可以在常规输入范围和满负载范围内获得高的效率。 满负载时：低电压输入，电路以固定频率(52Khz)连续工作模式工作。 高电压输入，电路以 QR 模式工作。 这样，电路在通常的输入及满载的情况下可以获得高的效率。 常规负载时：电路工作于 QR 模式，为了将开关损耗降到最小，QR 模式的最高 开关频率在内部被限制在 95KHz，当负载下降时，电路工作于波谷 开关方式的 PFM 模式，可以获得高的功率转换效率。 当负载非常小时：电路工作于扩展的 burst 模式，将待机损耗降到最小。 因此，在负载全范围内都可获得高转换效率。 SW2801 可提供全面的保护，包括：逐周期电流限制(ocp)、欠压关断、输出 过电压保护、过载保护、电源电压过压保护、Vcc 钳位、GATE 钳位、SW2801 还可以保护指定脚上的开路和短路。 由于 SW2801 采用特殊的工作模式，所以采用该电路设计的电源能达到 6 级 能耗标准。 特点： ■多种模式工作： •满负载时：在低电压输入下，电路以固定频率(52Khz)连续工作模式工作。 在高电压输入下，电路以 QR 模式工作。 •常规负载时，电路工作于 QR 模式。 •轻负载时，电路工作于 PFM 模式。 •无负载时，电路工作于 burst 模式。 ■在 CCM 定频工作模式时：具有自适应频率抖动和斜率补偿。 ■4ms 软启动 ■过载保护 ■过流保护 ■开短路保护 ■输出过压保护 应用： ■离线式 AC/DC 反激变换器 ■开关电源 ■适配器 ■机顶盒 ■DVD. 1 ＳＷ２８０１ 典型应用图 管脚图: SOT23-6 封装 管脚说明： 脚号 名称 I/O 描述 1 DEM I 变压器磁芯去磁检测脚，同时用于输出过压保护。 2 GND P 电路地。 3 FB I 反馈输入，脉冲占空比取决该脚电平和 4 脚检测信号。 4 CS I 电流检测输入。 5 GATE O 图腾柱输出驱动功率 MOSFET 栅极。 6 VCC P 电源脚。 2 ＳＷ２８０１ 极限参数： 参数 数值 VCC 29V VCC 钳位连续电流 10mA FB 输入电压 -0.3—7V CS 输入电压 -0.3—7V DEM 输入电压 -0.7—7V 最大工作温度 150℃ 存储温度 -55--150℃ 焊接温度（10 秒） 260℃ 框图： 推荐工作条件： 符号 参数 最小 最大 单位 VCC 工作电压 12 23 V Ta 工作温度 -20 85 ℃ 3 ＳＷ２８０１ 电参数： （Ta=25℃, VCC=16V） 符号 参数 测试条件 最小 典型 最大 单位 电源电压(VCC Pin) I_VCC_Startup VCC 开启电流 VCC=UVLO(OFF)-1.5 V,测量输入 VCC 电流 5 15 uA I_VCC_quiet 静态工作电流 FB=3V 2.0 4.0 mA I_VCC_operation 工作电流 FB=3V,GATE 负载 1nF 3.0 5.0 mA UVLO(ON) UVLO 开 7.5 8.5 9.5 V UVLO(OFF) UVLO 关 14.8 15.8 16.8 V OVP(ON) VCC 过压保护 VCC_Clamp VCC 钳位电压 AVCS PWM 输入增益 VFB_Open FB 开路电压 IFB_Short FB 短路电流 VTH_BM_on 28 V I_VCC=5mA 29 V ΔVFB/ΔVCS 3.5 V/V 5.3 V 1.1 mA Burst 模式开门限 0.9 V VTH_BM-off Burst 模式关门限 0.8 V VTH_PL 功率限制 FB 门限 4.4 V TD_PL 功率限制延迟 80 ms ZFB_IN 输入阻抗 5 KΩ T_blanking CS 输入前沿消隐时 间 300 VTH_OCP_zero _ontime 内部电流限制门限 @零开关开时间。 VTH_OCP_max 内部电流限制门限 @最大开关开时间。 VTH_CS_min Foldback 模式和 Burst 模式 CS 峰值 TD_OC 过流检测和控制延迟 反馈输入(FB Pin) 对地短路测电流。 电流采样(CS Pin) GATE CL=1nF 0.42 0.45 ns 0.48 V 0.80 V 0.3 V 100 ns 去磁检测(DEM Pin) VTH_DEM 去磁比较门限电压 75 mV VDEM_clamp(neg) 负钳位电压 -0.7 V VDEM_clamp(pos) 正钳位电压 6.0 V Tsupp 变压器振铃抑制时间 2.5 us Tout 退出时间 5 us TDEM_delay 延迟时间 250 us VTH_OVP 输出 OVP 触发电平 3.75 V T_OVP_delay 输出 OVP 抗干扰时 间常数 4 周期 定时器 4 ＳＷ２８０１ T_softstat 内部软启动时间 4 ms F_burst Burst 模式开关频率 22 KHz Fmin_QR_H QR 模式频率高钳位 Fmin_QR_L QR 模式频率低钳位 80 注1 频率抖 95 110 KHz 49 59 KHz 60 72 KHz -5 5 % ΔF/F Fmin_QR_L 动范围 Ton_max 最大开时间 10 12.5 15 us Toff_max 最大关时间 45 60 80 us G_PFM PFM 模式频率调制斜 率/控制电压 90 KHz/V 关闭温度 160 ℃ 温度保护(OTP) T_shutdown 栅极驱动输出(GATE Pin) VOL 输出低电平 Io=20mA(sink) VOH 输出高电平 Io=20mA(source) VG_Clamp 输出钳位电平 VCC=20V 16.5 V T_r 输出上升时间 CL=1nf 220 ns T_f 输出下降时间 CL=1nf 70 ns 0.8 10 V V 注 1：QR 模式频率低钳位根据客户要求，有 2 个范围的版本。 原理介绍： 与固定频率普通的硬开关变换器相比，QR（准谐振）变换器可以明显改善 EMI 性能,并能提供更高的功率转换效率。SW2801 为一高集成的多模式 QR/PWM 控制器，最佳用于离线反激变换器应用中。电路内建先进的节能方法及高水平保 护特点提供了满足 EPS2.0 和欧洲 CoC 标准的高能效电源的低成本方案。 ●启动电流和启动控制 电路的启动电流设计的非常低，VCC 电压可快速充电至高于 UVLO 门限，电路 快速启动。因此，可以采用大阻值的启动电阻，使功率损耗降到最小并保证可靠 启动。对于典型的 AC/DC 电源设计，在常规输入下，2Mohm,1/8w 的启动电阻 与 VCC 电容一起可提供快速启动并保持低的功率损耗。 ●工作电流 工作电流可低至 3mA，低电流结合扩展的 burst 模式控制方式，在无或轻负载条 件下，可获得高的效率。 ●高效率的多模式工作方式 5 ＳＷ２８０１ SW2801 是一个多模式 QR/PWM 控制器。它根据输入电压和负载情况改变工作 模式。 ■满负载条件（FB>Vth3,图 1）：有二种情况：一，如系统输入在低电压输入范 围，电路以固定频率(52Khz)连续工作模式工作。因此可用小尺寸、高效率的变 压器。二，如系统输入在高电压输入范围内，电路以 QR 模式工作。在这种方式 下，电路在通常的输入及满载的情况下可以获得高的功率转换效率。 ■常规工作时(Vth2<FB<Vth3)，电路工作于 QR 模式。频率的变化取决于输入和 负载情况。系统在达到 95KHz 锁定频率后，可实际工作于不连续模式。 ■轻负载时(Vth1<FB<Vth2)，电路工作于高效的 PFM 模式。在 PFM 模式中，一 个开关周期中”ON”时间是固定的，系统根据负载情况调节频率。通常，在反激 变换器中，负载的减小导致在 FB 脚电平的下降。该控制器监视 FB 电平并控制 开关频率。然而，波谷开关特性仍保存在 PFM 模式中。也就是说，当负载减小， 系统会自动跳过越来越多的波谷，开关频率也因此减小。以这种方式，实现了平 滑的频率降频，获得高功率转换效率。 ■ 在空载或极轻负载条件下（VFB<Vth1），该系统工作在On-bright专有的“扩 展触发模式”。在这条件下，FB电压低于突发模式阈值电平Vth1。只有当VCC 电压下降到低于预设电平或FB输入激活输出一个开状态，栅极驱动才输出开 关信号。否则，栅极驱动保持关闭状态，将开关损耗降到最低，从而最大限 度地降低待机功耗。在扩展突发模式，开关频率固定在22kHz，这样，消除 了可能的音频噪声。 6 ＳＷ２８０１ ●退磁检测 变压器磁心退磁检测是通过DEM脚监测辅助绕组上电压的变化。这个电压为反 激极性。功率开关一旦激活，一个新的周期开始。开时间之后（由CS电压和FB 决定），该开关关闭，,反激回扫启动。反激回扫之后，漏端电压显示为频率大 约1/（2π√LC）的振荡，其中 L是变压器初级绕组的电感， C是对漏极节点电 容。图2 在DEM脚，典型检测电平固定在75mV。当DEM电压在下降沿中低于 75mV，通过检测一个可能的“波谷”来识别退磁。在振铃抑制时间Tsupp（请 参阅“铃声抑制定时器“一节）DEM检测被抑制。 7 ＳＷ２８０１ ●电流检测和前沿消隐 SW2801提供逐周期电流限制。通过CS脚检测电阻检测开关电流。内部前沿消隐 电路砍掉电压检测电路在MOSFET初始开启状态的尖峰。在消隐期间，电流限 制比较器被禁用，并且不能关闭外部MOSFET。 ●最大和最小导通时间 系统最小开时间由LEB时间确定。该IC限制开时间最大12.5uS。 ●最大频率钳位 根据QR工作原理，开关频率与输出功率成反比。因此，当输出功率下降，如无 限制，开关频率可能变得相当高。为了满足电磁干扰限制，并在轻负荷条件下实 现高效率，最大开关频率被内部限制为95KHz。 ● 振铃抑制定时器 SW2801中采用振铃抑制计时器Tsupp。正常工作时，当CS到达反馈电压FB， Tsupp启动，外部功率开关设置为关闭状态。Tsupp工作时，外部电源开关仍然 关闭状态，不能打开。在变压器有大的漏电感的应用中，振铃抑制定时器是必要 的，特别是在低输出电压或启动。电路中Tsupp内部设定为2.5us。 8 ＳＷ２８０１ ●电流限制钳位补偿 如果没有提供补偿，QR系统中最大输出功率的变化可以相当大。在较高的交流 电压下，OCP的门限自我调低。门限斜率调整有助于弥补在较高的交流电压时 增加的输出功率限制。在SW2801，集成了专有OCP模块，无需外部元件。在 SW2801中OCP的门限是开关打开时间的函数。对于开时间不到12.5us的，电位 门限从0.45V至0.8V线性变化。对大于12.5us的开时间，OCP门限钳位在0.8V， 如图3。 ●自适应频率抖动及斜率补偿 在SW2801，当到达固定频率CCM模式，频率抖动和斜坡补偿将被自动加入到系 统，以改善EMI性能和电流回路的稳定性。抖动的范围在52KHZ± 5％范围内。 当系统退出固定频率CCM的模式后，频率抖动和斜率补偿将自动消失。 ● 输出过电压保护（OVP） 通过检测辅助绕组在DEM引脚在回扫阶段的电压实现输出过电压保护（OVP）。 该辅助绕组的电压按设定复制输出电压。通过抽样在反激阶段DEM脚的平台电 压进行OVP。内部2.5us延迟（平台检测）保证了清洁的平台，因为漏感振铃已 经完全抑制。 如果采样电压超过OVP的平台门限电平（3.75V），内部计数器开始对之后过压 保护事件进行计数。如果过压保护事件被发现连续4个周期发生，则控制器假定 发生一个真正的OVP，随后进入锁存关闭模式并停止一切开关动作。添加计数 9 ＳＷ２８０１ 器是为了防止在静电放电或雷击过程中可能发生的不正确过压保护检测。如果输 出电压超过过压保护触发电平小于4个连续周期，内部计数器将被清除，没有故 障记录。 ● 过负载保护 当过载（如短路）时，光耦的反馈电流低于最低值，FB引脚电压接近浮空电压， 然后检测到故障。如果这故障超过80ms，控制器进入自动恢复软burst模式。所 有脉冲停止，VCC下降到欠压锁定以下，控制器将尝试重新开始电源软启动。 一旦故障消除，电路恢复工作。 ●管脚浮动及短路保护 SW2801 提供 CS，FB，DEM 等引脚的开路保护，在引脚悬空情况下，驱动开关 被禁用，从而保障电源系统。 ●栅极驱动 栅极引脚连接到一外部功率开关的栅极。增加一个 16.5V 的内部钳位电压对 MOSFET 栅极在 VCC 高电压时进行保护。当电源电压 VCC 电压低于欠压锁定 （开），栅极引脚内部拉低以保持关闭状态。 10