ETC SR036

离线高压 输入低压双 输 出小功率
SR036/SR037的 应 用
电源控 芾刂
器
山 东沂 光 电子 股 份 有 限公 司 王 伟 栾 景 花
摘 要 :SR03⒍SR037是 无变压 器、无电感器和无 高压输入 电容的双输 出离线接制器 ,其 峰值输入
电压达 7OOV,分 别输 出 ⒓22V未 调整的和 3.3Ⅴ (SR036)或 5,0V(sR037)稳 压 电压。
1.概 述
动信 号 ;souicc(7)脚 连接外部
supe⒒ cx公 司推 出的 sR03⒍ SR037单 片 ICs,
是无 电感器 、无变压器和无高压输 入 电容器 的双
输 出离线 (off-Line)控 制器 。它 们 的峰值输入 电
TO0V,可 由 120V或 ⒛O/240V的 AC线 路
经全 波整流无需滤波直接供 电 。SR036和 SR037
内置线性调整器 ,分 别输 出 3.3Ⅴ 和 5V的 稳压 电
GND(4)是
MOsFET源 极
;
电路 公共端 (不 是接地端 ,因 应用
电路未隔离 )。
HVlN
G¤ Ie source
压达
压 。 同 时 ,它 们 还 都 驱 动 外 部 一 个
N沟 道
MOSFET,提 供约 18V的 未经调整 的 DC电 压 。
SR036/sR037可 用作设计低功率离线低压 电
源 和 开关 电源
(sMPS)辅 助 电源 ,也 町用 于设
计 LED串 电源 。由于无需使用高压输入 电容 、变
vREF∶
>HLI吊
彐≥
廴∶
比较 器
V。 uT
sRO36/sRO37
GND
图 2SR036/sR037内 部 结构
M0sFEI
术渊耶 LⅡ
mⅡ Fl⒉ 22v
」
≡
压器和 电感器 ,所 以用 SR03⒍ sR037作 控制器和
诋
调整器 的离线 电源元件数量非常少 ,体 积小 ,重
量轻 ,成 本低 。
:
图 3sR036/sR037基 本应 用电路
sR03⒍ sR037的 应用 电路如 图 3所 示 。
N/C
VouI
N/C
sR03⒍ SR037通 过 控制外部
N/C
MOSFET的 导
通角来操作 。 当经整流 的 AC电 压 (即 输入 电压
。VIN)低 于 门限电平 VTH(VTH是 栅极被拉到地 时
图 1 SR0%/SR0贺 引脚排列
2.封 装 、 内部 结构 及 工 作 原 理
SR0~sb和 sR0贸 采用 8引 脚 (其 中 3个 引脚
未连接 )MsoP和
不o
御⑾
冖 5
〓
¨¨
v¨‰
冫
锏洳
G∞
工
HVIN
So封 装 ,引 脚排列如图 1所
sR036和 sR037芯 片集成 了高压输入 比较
器 、电压 调整器 (稳 压器 )及 箝位 二 极管 ,内 部
结构如 图 2所 示 。HVIN(1)脚 是高压输入端
V。 uT(6)脚 为稳压 电压 (3.5V/5V)输 出端 ;Gate
(8)脚 连接外部 N沟 道 MOSFET,提 供栅极驱
;
脚 HVN上 的 电压 ,典 型值 为 45V),或 者是 当
ⅤN是 在外部 MOSFET的 门限电压 VGs(曲 )到 40V
MOS∏ r源 极
与地之 间的电容被充 电。当 sR036或 sR037脚
HVN L的 输 入 电压高于 VTH(45V)时 ,MOS∏ Ⅱ
截止 。在 MOSFET导 通期 间 ,输 出电容历经充 电
一 放 电一 充 电阶段 。一 旦 MOs田 T截 止 ,电 容放
电 ,输 出电压 VuNREc.降 低 。 由于外部 MO⒏ 乇T
的最大栅极 电压约 ⒛ V,故 v。 NRED在 18V左 右 。
之 间时 ,MOSFET导 能 ,连 接到
产
四
2004年 第 5期
(总 第 42期 )《 中国 咆 源博 览》
Ch:`1C:p。 粥
r mpp旬 跎 meJ
t℃c九 瓦oJo目 砑 Rε sgα rC九
&Aε 刁瓦CG苫i-沉
山于 SR036和 sR037内 置 电压调整器 ,同 时可提
供 3.3V或 5V的 稳定 电压 。因为功率 MOsFET
仅在 VIN〈 VTH时 才 导通 ,施 加到 MOFsET漏 一
且 V。 LlT1=Vzˉ V:E=Vz fl。 7Ⅴ 。
源极之 间的 电压较低 ,导 通 时间又非常短 ,所 以
MOSFET的 功率损耗也就非常小 。图 4示 出了
sR036/sR037的 输 入与输 出波形 。
图 6带 线性稳 压 电路 的应 用方案
图 7 驱动
220uF.Ⅲ 40q
懒戊 懒
窜
5v・ l1冫
‖
Kˉ
蛳
呷△
图5 带
制
控
v赋
酾叫
12V继 电 器
电路
图 8驱 动 5V继 电器
3.应 用 电 路 实 例
4不 出的只是 SR03⒍ SR037基 本应用 电
路 。在此基础 上 ,可 以附加 一 些 电路 ,以 适用于
图
不 同的需要 。以下仅举几个例子 ,来 说 明其应用 。
3.1 带赋能控 制的电路
带 使 能 控 制 的应 用 电路 如 图 5所 示 。 在
sR036或 sR037的 Gatc脚 通过 一支 1KΩ 的电阻
连接 一 只 TN2106K1型 MOSFET,在 其栅极施加
一 个开/关 (oN/oFF)控 制信 号 ,可 使 电源输 出
赋能或截止 (当 TN21∝ K1导 通 时 ,IC的 Gate脚
几乎接近 地 电平 ,输 出截止 )。 电路 输 出 VtlNREG。
约 18V,同 时输 出 3.3V(sR036)或 5V(sR037)
的稳压 电压 ,总 输 出电流约 sOmA。
3.2 产生两路稳压输 出的电路
图 6示 的是用 sR036产 生 3.3V和 5V稳 定 电
压 输 出 的 实 际 电 路 。 图 中 ,在 上 部 输 出
(VN2460N8的 源极 )线 上连接 的 5.6V的 齐纳 二
极管 Vz、 双极型 晶体管 2N39∝ 和 10MΩ 的 电阻
等组成线性稳压器 电路 ,可 以产生 5V的 稳定 电
压 。Vz的 稳压 电压 Vz不 同 ,其 输 出则不 同 ,并
Ch:nc Po掘 F stIppIJ stJ-J
°
3.3驱 动 12V继 电器 电路
在 图 7所 示 的应用 电路 中 ,SR036提 供 12V
的未经调节 的 DC电 压为继 电器和 ⅤN2110K1型
MOSEFT供 电。与此 同时 ,sR036还 为逻辑控制
电路提供稳定 的 3.3Ⅴ 的电压 。 由于 12V继 电器
对 电压要求并不严格 ,故 可 以连接到未经调节 的
线路 上 。
3,4驱 动 5V的 继 电器 电路
在 图 8所 示的 电路 中 ,SR037为 逻辑控制 电
路施加 一 个 5V的 稳定 电压 。为防止或减小未调
整线路 电压变化 ,用 一 个带恒定 电流 的双极 晶体
管 ZN390ZI去 驱动继 电器 (线 圈 )。 ZN3904的 发
射极 电阻用作设定所希望 的线 圈电流 。
40mA,晶 体管发射极 电阻
如果线 圈龟流是
Rc可 按下面公式计算
Rc=
:
5y-(4ClmA/B)・ △
KΩ -V3召
40诫
公式 中 ,若 晶体 管 电流 放 大 系 数 β=1OO,Vbe
按 ⒍6V计
,Rc则 为
2004年 第5期
100Ω 。
(总 第42期 )《
、③咆塬博览》 围
丶
丶
ˇ
廿 丶
丶
3.7简 单 电流调节 LED串 驱动 电路
图 11示 出的是采用 简单 电流调节器 的 LED
串驱动 电路 。sR037为 LED串 提供 的未经稳压 的
电压为 :VuⅢcg〓 Vlcd+8V(Vz+16V。 晶体管集 电
极 电阻 (R)为 :R=VuⅡ cg/1mA。 通过 每支 LED
的电流 Iled由 Rs设 定 :I1ed=Vbc/Rs≤ 40mA(Rs
≥0.7V/z+o1nA〓 17.5Ω
图
9驱 动 12支 LED
)
与 图 10所 示的电路 一 样 ,对 于 120V的
AC
线路输入 ,LED串 电压 V1ed可 达 120VDC;对 于
2⒛ V的 AC输 入 ,LED串 上 的 电压可达 ”0VDc。
0蜃
‘~
铷re"θ x
vUn旧
、兕
t锣
R=灿
nf。
σ llmA
丨旧 =2鲫 “<Ⅱ m丬
图 10带 恒注调 节 的 LED串 驱动 电路
图 H带 简单 电流调 节的 LED串 驱 动苷鼓
3.5在 120VAC线 路 电压下驱动 12支 LEDs
在 120V的 AC线 路输入下 ,SR036或 SR037
驱动 12支 红 色 LEDs的 电路如 图 9所 示 。通过每
LEDs串 的平均 电流约为 20mA。 改变 限
流 电阻的阻值 ,通 过每支 LED的 电流可 以改变 。
在此应用 中 ,3.3V或 5V的 稳压输 出未利用 。
3,6精 密 电流调节驱动 LED串 电路
图 10示 出了 LED串 电源及驱动 电路 。
sR037
个支路
脚
GND通 过 一支稳压 (齐 纳 )二 极管接地 ,SR∞ 7
驱动外部 MOSFET(VIN2460N8)提 供 的未稳压
的 DC电 压主要 由齐纳 二 极管升压 电压决定 。若
齐纳 二 极管稳压 电压为 Vz,一 串 LEDs的 导通压
降是 Vlcd,下 列关系成立
:
Vunreg=Vz+14V〓 Vlcd+8V
当 MOSFET导 通 时,会 在 AC线 路输入端产
生 高 幅 值 的尖 峰 脉 冲 电流 。 为 抑 制 电磁 干 扰
(EMI),可 以在 sR037脚 Gate上 连接 由 180Κ
Ω电阻和 220PF电 容组成 的 EMI滤 波器 ,以 满足
FCC和 CIsPR等 标准要求 。
晶体管 V1、 Tu31和 电阻 R与 Rs等 ,组 成
精密 电流调节器 电路 ,晶 体管 V2用 作 PWM调
光 (可 备 选
R阻
)。
4,元 件 的 选 择 及 应 用 注 意 事 项
在使用 SR036/SR037作 控制器 的离线低压 输
出电源 中 (参 见 图 4所 示 的基本应 用 电路 ),输 入
保险 丝 额定 电流/电 压 为 z~sOmA/250V,浪 涌 电压
抑制器可选用 400V的 P6KF/ClOCA,桥 式整流 二
极管可选取用 1A、 700V的 1N4007,MOsFET
可选用 600V的 VIN2460N8,VtlNREG输 出电容可
选取用
100uF或 ⒛0u〃35V的 铝 电解 电容器
,
稳压输 出 (3.3V或 5V)电 容为 1uF/16V。
由 sR036和 SR037组 成 的离线非隔离 电源
当连接 AC线 路 电压 时 ,会 出现危险 电压 。在设
计 上 应保证是 够安全 ,在 应用 中当心触 电 :同 时
,
,
不应连 接 到 已接大地 的测试仪器或负载 ,以 防止
AC输 入 短路 ,对 仪器 、负载或 sRO~s6/sR037电
路造成危害 。
值 的确 定可根据 公式
R=Vunreg/1.5mA来 确定 。若通过 LED串 的 电流
为 Ⅱcd,电 阻 Rs可 按公式 Rs≥ 2.5V抑omA计 算
(结 果为 能 .5Ω
)。
2004年 第 5期
(总 第 42期 )《 中国 咆 源博 览》
ChirBc p。 媲
r mppV sL唧
SR036/SR037
SR036
SR037
Demo Kit
Available
Inductorless, Dual Output Off-Line Regulators
Features
General Description
❑ Accepts peak input voltages up to 700V
The Supertex SR036 and SR037 are inductorless, dual output
off-line controllers. They do not require any transformers,
inductors, or high voltage input capacitors. The input voltage,
HVIN, is designed to operate from an unfiltered full wave
rectified 120V or 240V AC line. It is designed to control an
external N-channel MOSFET. When HVIN is between VGS(th) to
40V, where VGS(th) is the threshold voltage of the external
MOSFET, the external N-channel MOSFET is turned on allowing
it to charge an external capacitor connected to VSOURCE. An
unregulated DC voltage will develop on VSOURCE. Once HVIN is
above 45V, the N-channel MOSFET is turned off. The maximum
gate voltage for the external MOSFET is 24V. The unregulated
voltage is approximately 18V. The SR036 also provides a
regulated 3.3V whereas the SR037 provides a regulated 5.0V.
❑ Operates directly off of rectified 120V AC or 240V AC
❑ Integrated linear regulator
❑ Minimal power dissipation
❑ No high voltage capacitors required
❑ No transformers or inductors required
Applications
❑ 3.3V or 5.0V power supplies
❑ SMPS house keeping power supplies
WARNING!!! Galvanic isolation is not provided. Dangerous
voltages are present when connected to the AC line. It is
the responsibility of the designer to assure adequate
safeguards are in place to protect the end user from
electrical shock.
❑ White goods
❑ Appliances
❑ Small off-line low voltage power supplies
❑ Lighting controls
SR03x Typical Application Circuit
~18V Unregulated
Surge
Protection
120VAC
or
240VAC
Gate
100µF
SR036
or SR037
VSOURCE
SR036: VOUT=3.3V Regulated
SR037: VOUT=5.0V Regulated
VOUT
1.0µF
06/13/02
Supertex Inc. does not recommend the use of its products in life support applications and will not knowingly sell its products for use in such applications unless it receives an adequate "products liability
indemnification insurance agreement." Supertex does not assume responsibility for use of devices described and limits its liability to the replacement of devices determined to be defective due to
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Supertex website: http://www.supertex.com. For complete liability information on all Supertex products, refer to the most current databook or to the Legal/Disclaimer page on the Supertex website.
1
SR036/SR037
Ordering Information
HVIN Maximum
Voltage
Gate Voltage
(max)
700V
Package Options
VOUT
24V
MSOP-8
SO-8 w/ Heat Slug
3.3V
SR036MG*
SR036SG
5.0V
SR037MG*
SR037SG
* Product supplied on 2500 piece carrier tape reel.
Pin Configuration
Absolute Maximum Ratings*
VIN, High Voltage Input
+700V
VOUT, Low Voltage Output
+6.0V
Storage Temperature
HVIN
1
8
Gate
N/C
2
7
Source
N/C
3
6
VOUT
GND
4
5
N/C
-65°C to +150°C
Soldering Temperature
+300°C
Power Dissipation, MSOP-8
300mW
Power Dissipation, SO-8 slug
MSOP-8
(top view)
1.50W
* All voltages are referenced to GND.
HVIN
1
8
Gate
N/C
2
7
Source
N/C
3
6
VOUT
GND
4
5
N/C
SO-8 Slug
Backside: GND
(top view)
Electrical Characteristics
(Over operating supply voltages unless otherwise specified, TA=0°C to +125°C)
Symbol
Parameter
Min
Typ
Max
700
Units
HVIN
Input voltage
VTH
HVIN voltage when Gate is pulled to ground
40
45
50
V
VGS
Gate to source clamp voltage
±10
±15
±20
V
VGATE
Gate to ground clamp voltage
18
20
24
V
VOUT
Regulated output voltage for the
MSOP-8
SR036
2.97
3.30
3.63
SR037
4.50
5.00
5.50
VOUT
Regulated output voltage for the SO-8
with heat slug
SR036
2.97
3.30
3.63
SR037
4.5
5.00
5.50
Freq
Input AC frequency
407
40
2
100
V
V
V
Hz
Conditions
Peak transient voltage
Peak rectified AC voltage
IGS = ±100µA
VSOURCE = 10V, IOUT = 15mA
VSOURCE = 10V, IOUT = 15mA
VSOURCE = 10V, IOUT = 30mA
VSOURCE = 10V, IOUT = 30mA
SR036/SR037
Typical Performance Curves
Gate Clamp
HVIN (off)
60
25
50
20
HVIN (V)
Vgate (V)
40
15
10
30
20
5
10
0
0
-40
-10
20
50
80
110
140
-40
-10
20
Temperature (°C)
50
80
110
140
Temperature (°C)
Gate Voltage
Regulator Output (SR037)
20
6
18
5
16
14
VGate (V)
VOUT (V)
4
3
12
10
8
2
6
4
1
2
0
0
0
5
10
15
20
25
0
10
20
Source Voltage (V)
30
40
50
60
70
80
HVIN (V)
Load Regulation (SR037)
HV Input Current
5.05
2100
125°C
5.00
1800
25°C
4.95
-40°C
VOUT (V)
1500
IIN (µA)
1200
900
4.90
Source=15V
25°C
4.85
4.80
600
Source=8V
25°C
4.75
300
4.70
4.65
0
0
50
100
150
200
250
300
350
0
400
HVIN (V)
5
10
15
20
IOUT (mA)
3
25
30
35
SR036/SR037
Applications Information
Functional Block Diagram
Operating Principle
HVIN
The SR03x operates by controlling the conduction angle of the
external MOSFET as shown in Figure 1. When the rectified AC
voltage is below the VTH threshold, the pass transistor is turned
on. The pass transistor is turned off when the rectified AC is
above HVIN(off). Output voltage (Vunreg) decays during the periods
when the switch is off and when the rectified AC is below the
output voltage. The amount of decay is determined by the load
and the value of C1. Since the switch only conducts with low
voltages across it, power dissipation is minimized.
VREF
Gate
Source
CM
Reg
VOUT
GND
Switch ON
HVIN
V TH
VUNREG
VREG
not to scale
Figure 1: Typical Waveforms
4
SR036/SR037
Applications Information, continued
VN2460N8
Fuse
VUNREG
220µF
Surge
Protection
120VAC
or
240VAC
1KΩ
IOUT typical 40mA
(IUNREG + IREG)
Gate
HVIN
ON/OFF
Source
SR036
or SR037
TN2106K1
VOUT
VREG
1µF
GND
Figure 2: Example Circuit with Enable Control
Figure 2 is an example circuit using the SR036 or SR037 along
with a Supertex VN2460N8 MOSFET to generate an unregulated voltage of approximately 18V and a regulated voltage of
3.3V for the SR036 or 5.0V for the SR037. The combined total
120VAC
or
240VAC
VN2460N8
2N3904
Vout1=5.0V
220µF
Surge
Protection
Fuse
output current is typically 40mA. The TN2106K1 in series with a
1KΩ resistor can be added for applications requiring an enable
control.
Gate
HVIN
1MΩ
1µF
Vz
5.6V
Source
VOUT
SR036
10KΩ
Vout2=3.3V
1µF
GND
Figure 3: Generating Two Regulated Voltages
For applications requiring two regulated voltages, an inexpensive discrete linear regulator can be added to regulate the
unregulated output as show in Figure 3. The discrete linear
regulator consists of a Zener diode, a resistor and a bipolar
transistor. The regulated voltage, Vout1, is determined by the
Zener diode voltage minus the base-to-emitter voltage drop of
0.6V. Figure 3 uses a 5.6V Zener diode to obtain a 5.0V output.
Different Zener diode voltages can be used to obtain different
regulated output voltages.
5
SR036/SR037
Applications Information, continued
VN2460N8
120VAC
or
240VAC
Surge
Protection
Fuse
Unregulated Voltage
1N4001
220µF
Gate
HVIN
12V Coil
Relay
Source
3.3V
SR036
VOUT
1µF
GND
Logic
Control
Circuit
VN2110K1
Figure 4: Driving 12V Relay Coils
The circuit shown in Figure 4 uses the SR036 to supply a
regulated 3.3V for the logic control circuitry while the unregulated voltage is used to drive a 12V relay coil. The operating
voltage for a 12V relay coil is typically very wide and can
therefore operate directly from the unregulated line.
VN2460N8
120VAC
or
240VAC
Surge
Protection
Fuse
Unregulated Voltage
1N4001
220µF
Gate
HVIN
Source
SR037
GND
VOUT
5.0V
Logic
Control
Circuit
5V Coil
Relay
1KΩ
1µF
2N3904
100Ω
Figure 5: Driving 5V Relay Coils
The circuit shown in Figure 5 uses the SR037 to supply a
regulated 5.0V for the logic control circuitry while the unregulated voltage is used to drive a 5.0V coil relay. To overcome the
voltage variation of the unregulated line, a bipolar transistor is
5.0V R =
used to drive the coil with a constant current. The resistor value
from the emitter to ground sets the desired coil current. For an
arbitrary coil current of 40mA, the resistor value can be calculated as:
40mA
1KΩ - Vbe
β
, where Vbe = 0.6V and β = 100
40mA
= 100Ω
6
SR036/SR037
Applications Information, continued
Surge
Protection
120VAC
or
240VAC
Unregulated Voltage
VN2460N8
Fuse
Vz
5.1V
220µF
Gate
HVIN
5V Coil
Relay
Source
SR037
VOUT
Logic
Control
Circuit
5.0V
1µF
GND
Figure 6: Driving 5V Relay Coils with Zener Diode Clamp
The circuit shown in Figure 6 uses the SR037 to supply a
regulated 5.0V for the logic control circuitry. A 5.1V Zener diode
is used in parallel with the 5.0V relay coil to ensure that the relay
coil’s maximum operating voltage is not exceeded. The Zener
120VAC
Unregulated Voltage
TN2425N8
Surge
Protection
Fuse
diode also acts as the catch diode when the coil is switched to the
off state. An external series resistor is used to limit the amount
of Zener current.
220µF
Gate
HVIN
Source
SR036 or
SR037
GND
VOUT
VREG
1µF
330Ω
330Ω
Figure 7: Driving LEDs from 120VAC
The circuit shown in Figure 7 uses the SR036 or SR037 to drive
12 high efficient red LEDs from a 120V AC line. The average LED
current is approximately 20mA.
06/13/02rev.12
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7
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