D DK106

深圳市钲铭科电子有限公司
DK106 高 性 能 开 关 电 源 控 制 芯 片 v1.6
GOSTON ELECTRONICS CO.,LTD
功能描述
DK106芯片是专用小功率开关电源控制芯片,广泛用于电源适配器、LED电源、电磁炉、 空
调、DVD等小家电产品。
一、产品特点
• 采用双芯片设计,高压开关管采用双极型晶体管设计,以降低产品成本;控制电路采
用大规模MOS数字电路设计,并采用E极驱动方式驱动双极型晶体芯片,以提高高压开关
管的安全耐压值。内建自供电电路,不需要外部给芯片提供电源,有效的降低外部元
件的数量及成本。
• 芯片内集成了高压恒流启动电路,无需外部加启动电阻。
• 内置过流保护电路,防过载保护电路,输出短路保护电路,温度保护电路及光藕失效
保护电路。
• 内置斜坡补偿电路,保证在低电压及大功率输出时的电路稳定。
• 内置PWM 振荡电路,并设有抖频功能,保证了良好的EMC 特性。
• 内置变频功能,待机时自动降低工作频率,在满足欧洲绿色能源标准( < 0.3W )同
时,降低了输出电压的纹波。
• 内置高压保护,当输入母线电压高于保护电压时,芯片将自动关闭并进行延时重启。
• 内建斜坡电流驱动电路,降低了芯片的功耗并提高了电路的效率。
• 4KV 防静电ESD 测试。
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二、功率范围
输入电压
(85 ∼ 264V ac)
(85 ∼ 145V ac)
(180 ∼ 264V ac)
最大输出功率
6W
8W
8W
三、封装与引脚定义
引脚
符号
功能描述
引 脚
符 号
1
Gnd
2
功 能 描 述
接地引脚。
1
HV
Gnd
接地引脚。
2
Nc
空脚或接地。
3
Fb
反馈控制端。
3
Fb
反馈控制端。
4
Vcc
供电引脚。
4
Vcc
供电引脚。
5678
Collector
输出引脚,连接芯片
56
Collector
输出引脚,连接芯片
内 高 压 开 关 管 Col-
内 高 压 开 关 管 Col-
lector 端, 与 开 关
lector 端, 与 开 关
变压器相连。
变压器相连。
78
GND
引脚接地。
四、内部电路框图
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五、极限参数
供电电压Vcc
...........................................
-0.3V--9V
供电电流Vcc
...........................................
60mA
引脚电压
...........................................
-0.3V--Vcc+0.3V
开关管耐压
...........................................
-0.3V--780V
峰值电流
...........................................
400mA
总耗散功率
...........................................
1000mW
工作温度
...........................................
0℃--125℃
储存温度
...........................................
-55℃--+150℃
焊接温度
...........................................
+280℃/5S
六、电气参数
项目
测试条件
最小
典型
最大
单位
电源电压Vcc
AC 输入85V-----265V
4
5
6
V
启动电压
AC 输入85V-----265V
4.8
5
5.2
V
关闭电压
AC 输入85V-----265V
3.6
4
4.2
V
电源电流
Vcc=5V,Fb=2.2V
10
20
30
mA
启动时间
AC 输入85V
---
---
500
mS
Collector 保护电压
L=2.4mH
460
480
500
V
开关管耐压
Ioc=1mA
700
---
---
V
开关管电流
Vcc=5V,Fb=1.6 V ----3.6V
320
360
400
mA
峰值电流保护
Vcc=5V,Fb=1.6 V ----3.6V
380
400
420
mA
振荡频率
Vcc=5V,Fb=1.6 V ----2.8V
60
65
70
KHz
变频频率
Vcc=4.6V,Fb=2.8V ----3.6V
0.5
--
65
KHz
抖频步进频率
Vcc=4.6V,Fb=1.6 V ----2.8V
0.8
1
1.2
KHz
温度保护
Vcc=4.6V,Fb=1.6 V ----3.6V
120
125
130
℃
占空比
Vcc=4.6V,Fb=1.6 V----3.6V
5
---
70
%
控制电压Fb
AC 输入85V-----265V
1.5
---
3.6
V
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七、工作原理
• 上电启动:当外部电源上电时,直流高压经开关变压器传至芯片的COLLECTOR端(5678
引脚),后经内建高压恒流启动电路将启动电流送至开关管Q1 的B极,通过开关管Q1
的电流放大(约为20 倍放大)进入电源管理电路经D1为Vcc 外部电容C1 充电,同时
为Fb 预提供一个3.6V 电压(Fb 引脚对地应接入一只滤波电容),当Vcc 的电压逐步
上升至5V 时,振荡器起振,电路开始工作,控制器为Fb 开启一个约为25uA 的对地电
流源,电路进入正常工作。
上电原理图
上电时序图
• 正常工作:电路完成启动后,振荡器开始工作,触发器的Q1,Q2 输出高电平,高压
晶体管与功率MOS 管同时导通,开关电流经晶体管与功率MOS管接到40Ω电流取样电
阻,并在电阻上产生与电流成正比的电压,(由于开关变压器分布电容的存在,在电
路开通的瞬间有一个高的尖峰电流,为了不引起电路的误动作,在电路开通时启动
一个前沿消隐电路将尖峰电流去除,消隐时间为250nS),控制端Fb 电压经斜坡补
偿后与取样电阻上的电压相加后与0.6V 的基准电压相比较,当电压高于基准电压时
比较器输出低电平,触发器的Q1,Q2 输出低电平,高压晶体管与功率MOS 管同时关
断,COLLECTOR 端电压上升,电路进入反激工作,在下一个振荡周期到时,电路将重
新开始导通工作。
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工作时序图
电路在t1 时间Vcc 电压上升到5V,电路开启工作,Q2 输出PWM 信号,t2∼t3 时间Vcc
电压高于6V,电路停止输出,Q2 输出低电平,t3∼t4 时间Vcc电压回到范围之内,电
路正常工作,t4∼t5 时间Vcc 电压低于4V,电路停止输出,Q2 输出低电平,t6 时间
Fb 电压低于1.6V,开路开启一个24mS 的定时器,PWM 以最大占空输出,直到t7 时间
Fb 电压还未能高于1.5V,电路开始重新启动,t9 时间Vcc 电压上升到5V,电路重新
开启工作,t10 时间Fb 电压高于3.6V,电路停止输出。
• 控制引脚Fb:Fb 引脚外部应当连接一只电容,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10nF∼100nF 之间选择;当Fb 电
压高于1.5V 而小于2.8V 时,电路将以65KHz 的频率工作,当Fb 电压高于2.8V 而小
于3.6V 时,电路将随着Fb 的电压升高而降低频率,当Fb 电压高于3.6V 时,电路将
停止振荡,当Fb 电压小于1.5V 时,电路将启动一个48mS 的延时电路,如在此期间Fb
电压回复到1.5V 以上,电路将继续正常工作,否则,芯片将进行重新启动,此电路完
成了光藕失效的保护。
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Is 与Fb 时序图
Fb 与工作频率(PWM)时序图
• 自供电电路:(已申请国家专利)芯片内建自供电电路,将电路的电源电压控制在5V
左右,以提供芯片本身的电流消耗,自供电电路只能提供自身的电流消耗,不能为外
部电路提供能量。
• 斜坡电流驱动:为了降低芯片的耗能及提高电路的效率,内部为高压晶体管的B极提供
的基极电流采用了斜坡电流驱动技术,当开关电流Is 为0 时,基极电流约为20mA,随
着开关电流的逐步增大,基极电流也逐步增大,当开关电流为300mA 时,基极电流为
50mA。
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Ib 与Is 时序图
• 抖频电路:为了能满足EMC 的要求,芯片内设有一个抖频电路,PWM 的频率将以65KHz
的频率为中心,以1KHz 的步进在8 个频率点上运行,这样有效的降低了EMC 的设计的
复杂度及费用。
• 热保护:芯片的温度达到125℃时,芯片将进行重新启动,直至芯片的温度降低到
120℃以下,芯片才会重新进入正常工作状态。
• 峰值电流保护:因外部的某种异常引起的电流过大时,当电流达到400 mA 时,芯片将
进行重新启动。
• 电源异常:因外部的某种异常引起的电源电压高于6V 时,或电源电压低于4V时,芯片
将进行重新启动。
• 超压保护:芯片在完成启动后,芯片内部设定了一个电流的上升斜率检测电路,当外
部的电压超高或者开关变压器的失效,都会引起电流的斜率变化,保护电路将会对电
路进行重新启动,这样保证了高压晶体管的安全,同时对低频的浪涌电压进行了有效
的保护。
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斜率检测时序图
根据电感电流公式I = U /L ∗ ∆t 可知,在电感不变时,在一个固定的时间上检测电流
可计算出电压,芯片利用该原理在350nS 时检测Is 电流,当Is 电流小于0.08V 时,
电路正常工作,当Is 电流大于0.08V 时,芯片进入异常保护;同理,当外部的电感器
的电感量变小,也会让芯片进入异常保护;这样即可以保护母线电压过高引起的开关
管的击穿,也可以保护因外部变压器的饱和或者短路引起的电感量下降导致Is 电流过
大,引起芯片的损坏。
直流母线保护电压与变压器电感量的关系图
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八、芯片测试
8.1、耐压测试
8.2、电性能测试
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九、典型应用一(12V/0.5A 输出离线反激式开关电源)
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9.1 元器件清单
序号
元件名称
规格/型号
位号
数量
1
保险丝
F1A/AC250V
F1
1
2
安规X 电容
104/AC275V
C1
1
3
二极管
IN4007
D1∼D4
4
4
HER107
D5
1
5
SR1100
D6
1
6
稳压二极管
11V/0.5W
ZD1
1
7
电解电容
15UF/400V
C2
1
8
22UF/16V
C4
1
9
1000UF/25V
C6
1
103/250V
C3
1
103/25V
C5
1
DK106
IC1
1
PC817
IC2
1
100K/0.25W
R1
1
15
3K/0.25W
R2
1
16
470R/0.25W
R3
1
EE16
T1
1
10
瓷片电容
11
12
IC
13
14
17
色环电阻器
变压器
备注
9.2 变压器设计(只作参考)
9.2.1 参数确定:
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、及电流,
(3)开关频率,(4)最大占空比;
(1)输入电压范围
AC85∼265V
(2)输出电压、电流
DC12V/0.5A
(3)开关频率
F=65KHz
(4)最大占空比
D=0.5
9.2.2 磁心的选择:
先计算出电源的输入功率P = P out/η(η指开关电源的效率,设为0.8),
P out = V out ∗ Iout = 12V ∗ 0.5A = 6W ,P = 6/0.8 = 7.5W 。我们可以通过磁心的制造商
提供的图表进行选择,也可通过计算方式选择,我们查图表方式选择7.5W 电源可用EE16 或
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者EE19 磁心,我们选择EE16 磁心进行下一步的计算。
9.2.3 计算原边电压Vs
输入电压为AC80∼265V,计算最低电压下的最大功率,最低电压为80V
V s = 80 ∗ 1.3 = 100V (考虑了线路压降及整流压降)
9.2.4 计算导通时间
T on = 1/F ∗ D = 1/65 ∗ 0.5 = 7.7uS;
9.2.5 计算原边匝数Np
Np =
V sT on
∆Bac·Ae
Np
――――原边匝数
Vs
――――原边直流电压(最低电压值)
Ton
――――导通时间
∆Bac
Ae
――――交变工作磁密(mT),设为0.2
――――磁心有效面积(mm2 )EE16 磁心为20mm2
N p = (100 ∗ 7.7)/(0.2 ∗ 20)≈192
9.2.6 计算副边匝数Ns
Ns
――――副边匝数
Np
――――原边匝数
Vout
――――输出电压(包含线路压降及整流管压降,12V+1V=13V)
Vor
――――反激电压(设置该电压不高于150V,以免造成芯片过压损坏,本设计中
Ns=(13*192)/100=25 匝
设为100V)
9.2.7 计算原边电感量Lp
Lp = (V s ∗ T on)/Ip
Lp ――――原边电感量
Ip ――――原边峰值电流(芯片设定最大峰值电流320mA)
Lp=(100*7.7)/320≈2.4(mH)
9.2.8 变压器的设计验证
变压器的设计时最大磁感应强度不能大于0.4T,(铁氧体的饱和磁感应强度一般为0.4T 左
右),由于单端反激电路工作在B-H 的第一象限,磁心又存在剩磁Br 约为0.1T,所以最大
的工作磁通Bmax 最大只有0.4 − 0.1 = 0.3T
Bmax = (Ip ∗ Lp)/(N p ∗ Ae)
Bmax = (400 ∗ 2.4)/(192 ∗ 20) = 0.25
Bmax < 0.3 证明设计合理
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9.2.9 变压器的漏感
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5%以内,三明治绕线方式可以减小漏感。
十、设计注意事项
10.1、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5678
相连接,所以在PCB布线时,应该将引脚5678外接的铜箔的面积加大并作镀锡处理,以增大
散热能力。
10.2、芯片的5678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。
十一、封装尺寸
十二、包装信息
12.1、芯片采用防静电管包装
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代
最小值
额定值
最大值
号
(mm)
(mm)
(mm)
A
11
11.5
12
B
11.5
12
12.5
C
10
10.5
11
D
0.4
0.5
0.6
E
3.5
4
4.5
F
5
5.5
6
12.2、包装数量
包装
数量
单管
50
单包装箱
2000
大包装箱
20000
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