2299 WS WS2299 开关电源控制器集成电路 概述 特点 WS2299 是一款高集成度、高性能的电流模式PWM控制器芯 � � � Burst Mode 功能 � � � 内置前沿消隐 了脉冲模式（Burst Mode）功能、极低的启动电流和工作电流。 4ms 软启动(Soft-start) 脉冲模式即在轻载或者无负载情况下，WS2299 可以线性地降 软驱动功能(Soft-driver) 低芯片的开关频率，因此减少开关的损耗；同时通过优化设计， � � � 可选的 latch 功能(OLP、OTP、OVP 任意组合) WS2299具有极低的启动电流和工作电流，不仅有利于启动电路 内置同步斜坡补偿 设计，而且启动电路中可以使用大阻值的启动电阻，以降低功 内置 0CP 补偿 耗，提高功率转换效率。WS2299 内置的同步斜坡补偿电路， � � � 电流模式工作 防止PWM 控制器在高占空比工作时候可能产生的谐波振荡。 可恢复的过温保护（OTP） WS2299 在电流采样输入引脚端内置了前沿消功能，能有效去 逐周期电流限制保护（OCP） 除电流反馈信号中的毛刺。有助于减少外部元器件数量，降低 � � � 可选择内建的系统 VDD 过压保护（OVP）， 系统的整体成本。 栅驱动输出电压嵌位（12V） 周期电流限制保护（OCP）、过载保护（OLP）、温度保护（OTP）、 � � � 频率抖动功能 VDD过压保护（OVP）、以及低压关闭（UVLO）。其中，为了更 恒定输出功率限制 好的保护外部MOSFET功率管，栅极驱动输出电压被钳位在12V。 � 工作时不产生音频噪声 片。适用于电源适配器等中小功率的开关电源设备。 低启动电流（6.5uA） 为了降低待机功耗，满足更高的绿色环保标准，芯片提供 低工作电流（2.3mA） WS2299提供了多种全面的可恢复保护模式，其中包括：逐 低电压关闭功能（UVLO） WS2299 内部的OCP 阈值斜率针对65KHz 开关频率的应用 可恢复的过载保护（OLP） 进行了优化，通过电源线电压的补偿确保在通用的AC 输入范 围内获得恒定的输出功率限制。WS2299 在图腾柱栅极驱动输 出端使用了频率抖动技术和软开关控制技术，可以很好的改善 应用领域 开关电源系统的EMI 性能。通过优化设计，当芯片的工作频率 通用的开关电源设备以及离线 AC/DC 反激式电源转换器： 低于20KHz 的情况下，音频能量可以降低到最小值。因此，音 � 笔记本电源适配器 频噪声性能可以获得很大的改善。芯片可以作为线性电源或者 � 机顶盒电源 RCC 模式电源的最佳替代产品，从而提高开关电源系统的整体 � 开放式开关电源 性能，并有效地降低系统成本。 � 电池充电器 � 打印机电源 WS2299 提供8-Pin 的SOP8 与DIP8 的封装形式。 W/T-S/D009-Rev.A/1 Jul.2013 Copyright@Winsemi Microelectronics Co., Ltd., All right r eserved. 2299 WS WS2299 典型应用图 WS2299 引脚定义与器件标识 WS2299 提供了 8-Pin 的 DIP8 和 SOP8 封装，顶层如下图所示： WS2299S8/D8P A1a 2C S 为 SOP8; D 为 DIP8 P 为无铅品 A1a 芯片代码+版本+封装代码 2C 批号：Y+M(2=2012 年 引脚功能说明 引脚名 引脚号 引脚类型 功能说明 GND 1 地 FB 2 反馈输入 VIN 3 启动输入 NC 4 悬空 RT 5 温度检测 温度监测输入引脚。通过一个 NTC 电阻连接到地. SENSE 6 电流监测 电流监测输入引脚。连接到 MOSFET 电流监测电阻端。 VDD 7 电源 GATE 8 驱动输出 地 反馈输入引脚。其输入电平值与第6 引脚的电流监测值共同确 定PWM 控制信号的占空比。如果FB 端的输入电压大于某个设 定的阈值电压，则内部的保护电路会自动关断 PWM 输出。 通过一个高阻值的电阻连接到整流器的输出端，启动器件进入 工作状态；同时该电压被采样，以产生线电压补偿。 悬空脚 电源。 图腾柱栅极驱动输出引脚。用于驱动外接的MOSFET开关管。 内部具有电压钳位电路（12V）。 2/11 Steady, keep you advance 2299 WS WS2299 电路内部结构框图 订购信息 封装形式 芯片表面标识 采购器件名称 8-Pin DIP8, Pb-free，Have OVP WS2299D8P WS2299D8P 8-Pin SOP8, Pb-free，Have OVP WS2299S8P WS2299S8P 推荐工作条件 (symbol) 符号(symbol) parameter 参数（parameter parameter） value 值（value value） unit 单位（unit unit） VDD VDD 供电电压 12~23 V TA 操作温度 -20~85 ℃ (symbol) 符号(symbol) parameter 参数（parameter parameter） 极限值 unit 单位（unit unit） VDD DC 供电电压 30 V V FB FB 引脚输入电压 -0.3~7 V VSENSE SENSE 引脚输入电压 -0.3~7 V V RT RT 引脚输入电压 -0.3~7 V TJ 操作节点温度 -20~150 ℃ TSTG 保存温度 -55~150 ℃ VCV VDD clamp 电压 36 V I CC VDD DC clamp 电流 10 mA 极限参数 注意：超过上表中规定的极限参数会导致器件永久损坏。不推荐将该器件工作在以上极限条件，工作在极限条件以上，可能 会影响器件的可靠性。 3/11 Steady, keep you advance 2299 WS WS2299 电气特性参数 条件：TA=25℃，VDD=16V（除非特别注明） symbol parameter I_VDD_Startup VDD startup current I_VDD_Operation Operation Current UVLO(ON) VDD under voltage lockout enter 9.5 10.5 11.5 V UVLO(OFF) VDD under voltage lockout exit 16 17 18.5 V 23.5 25 26.5 V 21.5 23.2 24.7 V OVP(ON) VDD Over Conditions Min VDD=15V ， measure current into VDD FB=3V Voltage Protection Enter OVP(OFF) VDD Over Voltage Protection Exit TD_OVP OVP Debounce time VDD_Clamp VDD Clamp Voltage Typ Max Unit 6.5 20 uA 2.3 mA 80 us I(VDD)=5mA 36 V ΔV FB/ΔVCS 2.6 V/V 6 V 0.8 mA 2.5 V Feedback Input Section(FB Pin) A VCS PWM Input Gain VFB_Open VFB Open Voltage IFB_Short FB pin short current VTH_FM Green Mode Short FB pin to GND FB Threshold Voltage VTH_BM Burst Mode FB Threshold Voltage 1.9 V VTH_PL Power Limiting FB Threshold 4.4 V TD_PL Power limiting Debounce Time 80 mSec ZFB_IN Input Impedance 7.5 kohm 300 nSec 39 kohm 120 nSec Current Sense Input(Sense Pin) T_blanking Zsense_IN TD_OC VTH_OC_0 VTH_OC_1 Sense Input Leading Edge Blanking Time Sense Input impedance Over Current Detection and Control Delay Current Limiting Threshold at No Compensation Current Limiting Threshold Compensation at CL =1nF at GATE I(VIN)=0uA 0.85 I(VIN)=150uA 0.9 0.95 0.81 V V Oscillator Fosc Normal Oscillation Frequency 60 ∆f_Temp Frequency Temperature Stability -20℃ to 100℃ 5 % ∆f_VDD Frequency Voltage Stability VDD = 12 to 24V 5 % F_BM Burst mode Base frequency 22 KHz DC_max Maximum Duty Cycle 75 65 80 70 85 khz % Gate Drive Output 4/11 Steady, keep you advance 2299 WS WS2299 VOL Output low level Io = -20mA，VCC=16V 0.3 VOH Output high level Io = +20 mA VG_Clamp Output Clamp Voltage Level VDD=20V 12 V T_r Output rising time CGATE=1nF 202 ns T_f Output falling time CGATE=1nF 50 ns 70 uA 11 V V Over Temperature Protection I_RT Output Current of RT Pin VTH_OTP OTP Threshold Voltage VTH_OTP_off OTP Recovery Threshold Voltage TD_OTP V_RT_Open 1 1.065 1.13 V 1.165 V OTP De_bounce Time 100 uSec RT Pin Open Voltage 3.5 V 35 uA Latch section I_VDD_latch VDD current when latch VDD_latch_release De-latch voltage VDD=7.2V 5 6 7 V 3 % Frequency Shuffling Frequency Δf_OSC Modulation range -3 /Base frequency Freq_Shuffling Shuffling Frequency 32 HZ 5/11 Steady, keep you advance 2299 WS WS2299 典型特征参数 6/11 Steady, keep you advance 2299 WS WS2299 7/11 Steady, keep you advance 2299 WS WS2299 功能描述 地减少待机功耗。高频开关的特性也减少了工作时的音频噪 WS2299 是一款高集成度、高性能的电流模式PWM控 声。 制器芯片。适用于笔记本电源适配器等中大功率的开关电源 设备与开关电源转换器。极低的启动电流与工作电流、以及 振荡器 轻载或者无负载情况下的burst mode 功能，都能有效的降 低开关电源系统的待机功耗，提高功率转换效率。内置的同 芯片内部设置了正常工作频率为 65KHz，因此无需外 置电阻。 步斜坡补偿、反馈引脚的前沿消隐等功能不仅能减少开关电 源系统的元器件数目，还增加了系统的稳定性，避免谐波振 电流检测和前沿消隐 荡的产生。WS2299 还提供了多种全面的可恢复保护模式。 主要特点功能描述如下： WS2299 内 部 具 有 逐 周 电 流 限 制 （ cycle-by-cycle current limiting ）功 能。 开关 电流 通过 检测 电阻 输入到 SENSE 引脚。引脚内部的前沿消隐电路可以消除MOSFET 启动电流和启动控制 开启瞬间由于snubber 二极管反向恢复造成的感应电压毛 WS2299 的启动电流设计得很小(6.5uA)，因此VDD能 刺，因此SENSE 输入端的外接RC 滤波电路可以省去。限 很快充电上升到脱离UVLO 的阈值电压以上，器件可以实 流比较器在消隐期间被禁止而无法关断外部MOSFET 。 现快速启动。大阻值的启动电阻可以被用来减少功耗，并且 PWM 占空比由电流检测端的电压和FB输入端的电压决 在应用中可以简化启动电路的设计，实现可靠的启动。对于 定。 一个典型的通用的AC/DC 电源适配器设计（ 输入电压范围 90VAC-264VAC ），一个2MΩ，0.125W 启动电可以和一 个VDD 电容一起提供快速和低功耗的启动设计方案。 内部同步斜坡补偿 PWM 产生过程中，内置的斜坡补偿电路可以在电流检 测输入端的电压基础上叠加斜波电压。这极大地增加了 工作电流 CCM 下闭环的稳定性，避免了谐波振荡，减少了输出纹波 WS2299 具有很低的的工作电流（2.3mA）。低工作 电压。 电流，以及burst mode 控制电路可以有效地提高开关电源 的转换效率；并且可以降低对VDD 保持电容的要求。 栅极驱动 WS2299 的GATE引脚连接到外部 MOSFET 的栅以 Soft-start 软启动（Soft-start Soft-start） 实现开关控制。太弱的栅驱动强度会导致过大的开关损失， 在芯片上电时，过流保护阈值会分 8 步逐步上升，每步 持续时间为 32 个开关周期，从而有效抑制了启动时的电流 尖峰，降低了元件的应力，使系统工作更加稳定。 而太强的驱动会产生过大的EMI。 WS2299 通过内建图腾柱栅极驱动电路的优化设计， 实现了的输出强度和死区时间控制两者之间的良好折中。从 而可以更容易的设计出理想的低待机损耗和EMI 系统。 Burst Mode 脉冲模式（Burst Mode） WS2299 还在栅极驱动输出端内置了12V 的钳位电路，有 在无负载或者轻负载的情况下，开关电源中的大部分功 效地保护了外接MOSFET开关管。 耗来自于MOSFET 的开关损耗、变压器的磁心损耗、以及 缓冲电路的损耗。功耗的大小与一定时间内MOSFET 的开 关次数成正比。减少开关次数也就减少了功耗，节约了能源。 过温保护 RT 与GND 之间串连一个NTC电阻，可以提供温度检 WS2299 内置的Burst Mode 功能，可以根据负载情况自动 测和保护。NTC电阻值随周围环境的温度的升高而降低。随 调节开关模式。当系统处于无负载或者轻/中负载下，FB 端 着一个固定的内部电流IRT 流经该电阻，RT引脚上的电压 的输入电压会处于脉冲模式（Burst Mode ）的阈值电压 会随着环境温度的升高而降低。内部的OTP 电路在检测到 （1.8V）之下。根据这个判断依据，器件进入脉冲模式控制。 该电压低于VTH_OP 时被触发进而关断MOSFET。 栅极驱动输出端只有在VDD 电压低于预先设定的电平值， 或者并且FB 输入端被激活的情况下才会有输出。其他情况 下，栅极驱动输出保持常关的状态以减少功耗，从而尽可能 8/11 Steady, keep you advance 2299 WS WS2299 保护控制 WS2299 提供了全面的保护特性，系统可以获得最高 可靠性。其中包括逐周限流保护（OCP），过载保护（OLP）， 过温保护（OTP），片上VDD过压保护（OVP，可选）， 以及低压关断（UVLO）。此外WS2299提供可选择的latch 功能，OLP、OTP、OVP三个保护信号可任意组合选择latch 功能，芯片一旦进入latch状态，gate不发脉冲，且必须拔掉 电源插头才能解除latch。当流入VIN 引脚的电流变大时， OCP 阈值会自动降低。OCP阈值斜率调整有助于补偿由于 过流检测和控制延迟导致的AC 电压升高而增加的功率限 制。通过WS2299 推荐的OCP 补偿电路可以获得恒定的输 出功率限制。 WS2299 内置的OCP 保护电路可以有效地检测PWM 控制信号的占空比，并通过线电压的补偿确保在连续交流输 入电压范围内获得恒定的输出功率限制。 在输出过载的情况下，FB 电压被偏置得更高，当FB 输入 超过 功率限制 的阈值电 压持续80ms，控 制电路将 关断 MOSFET。同样的，控制电路在检测到过温的情况时也会关 闭MOSFET。WS2299 在温度低于迟滞温度值后恢复工作。 VDD由变压器的次绕组输出提供。VDD 被钳位在36V。当 VDD 低于UVLO 门限的时候，MOSFET被关断，器件随后 进入上电启动程序。 9/11 Steady, keep you advance 2299 WS WS2299 封装信息 SOP8 封装外观图 10/11 Steady, keep you advance 2299 WS WS2299 -8 Package Dimension DIP DIP-8 11/11 Steady, keep you advance