AM-12A参数及应用

AM-12A高性能开关电源控制芯片功能描述:►AM-12A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、电磁炉、空调、VCD/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。AM-12A高性能开关电源控制芯片二、功率范围：输入电压(85~264Vac)(85~145Vac)(180~264Vac)最大输出功率6W8W8W三、封装与引脚定义引脚符号功能描述1Test电路测试引脚，建议空置。（禁止接其它电路）2GND接地引脚。3Fb反馈控制端。4Vcc供电引脚。5678Collector输出引脚，连接芯片内高压开关管Collector端，与开关变压器相连。四、内部电路框图AM-12A高性能开关电源控制芯片五、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VccAC输入85V-----265V456V启动电压AC输入85V-----265V4.855.2V关闭电压AC输入85V-----265V3.644.2V电源电流Vcc=5V，Fb=2.2V102030mA启动时间AC输入85V------500mSCollector保护电压L=2.4mH460480500V开关管耐压Ioc=1mA700------V开关管电流Vcc=5V，Fb=1.6V----3.6V320360400mA峰值电流保护Vcc=5V，Fb=1.6V----3.6V380400420mA振荡频率Vcc=5V，Fb=1.6V----2.8V606570KHzAM-12A高性能开关电源控制芯片=4.6V，Fb=2.8V----3.6V0.5--65KHz抖频步进频率Vcc=4.6V，Fb=1.6V----2.8V0.811.2KHz温度保护Vcc=4.6V，Fb=1.6V----3.6V120125130℃占空比Vcc=4.6V，Fb=1.6V----3.6V5---70%控制电压FbAC输入85V-----265V1.5---3.6V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AM-12A高性能开关电源控制芯片引起电路的误动作，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。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AM-12A高性能开关电源控制芯片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。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AM-12A高性能开关电源控制芯片，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。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400mA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AM-12A高性能开关电源控制芯片的浪涌电压进行了有效的保护。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：AM-12A高性能开关电源控制芯片八、芯片测试8．1、耐压测试8．2、电性能测试九、典型应用一（12V/0.5A输出离线反激式开关电源）AM-12A高性能开关电源控制芯片．1、元器件清单序号元件名称规格/型号位号数量备注1保险丝F1A/AC250VF112安规X电容104/AC275VC113二极管IN4007D1~D444HER107D515SR1100D616稳压二极管11V/0.5WZD117电解电容15UF/400VC21822UF/16VC4191000UF/25VC6110瓷片电容103/250VC3111103/25VC5112ICAM-12AIC1113PC817IC21AM-12A高性能开关电源控制芯片变压器EE16T119．2、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=0.59．2．2、磁心的选择：先计算出电源的输入功率P=Pout/η(η指开关电源的效率，设为0.8)，Pout=Vout*Iout=12V*0.5A=6W，P=12/0.8=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80VVs=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Ton=1/F*D=1/65*0.5=7.7uS9．2．5、计算原边匝数NpAM-12A高性能开关电源控制芯片=AeBacVsTon.DNp――――原边匝数Vs――――原边直流电压（最低电压值）Ton――――导通时间△Bac――――交变工作磁密（mT），设为0.2Ae――――磁心有效面积（m㎡）EE16磁心为20m㎡Np=(100*7.7)/(0.2*20)≈1929．2．6、计算副边匝数NsNs――――副边匝数Np――――原边匝数Vout