离线式开关电源ic-SM8013B电流型PWM控制芯片

电流型PWM控制芯片SM8013B一、概述：SM8013B是一个高性能的电流型PWM控制芯片，通过驱动外部高压MOSFET管，组成大功率的开关电源。它有很小的启动电流和工作电流，保证较低的待机功耗和很高的工作效率。通过调整外围器件，改变PWM工作频率，使之满足各种客户的需要。空载或者轻载的情况下，芯片会降低PWM工作频率（22KHz），从而进一步降低开关损耗。SM8013B还拥有性能优异的过电流保护（OCP）、过载保护（OLP）、芯片VDD过压嵌位和欠压锁定功能（UVLO）。同时芯片驱动输出最大电压保持在18V，保证外部高压MOSFET管安全可靠的工作。内部抖频功能，保证电源系统有很好的EMI性能。二、特色说明：1.外围电路元件少，成本低2.很低的待机功耗（AC240V，功耗小于0.3W）3.过流保护、过载保护4.优异的芯片过压嵌位和欠压锁定功能(UVLO)5.封装格式：SOT23-6、SOP8、DIP86.很小的启动电流（5μA）和很小的工作电流（2mA）7.通过调整外围电阻，改变开关频率。8.驱动输出电压小于18V，保护高压MOSFET管三、应用：1.各种电池充电器，适配器等2.DVD、VCD、机顶盒等各种电源3.通用离线式开关电源系统电流型PWM控制芯片SM8013B四、内部功能简单框图：图一：芯片内部功能框图。五、封装示意图图二共15页2电流型PWM控制芯片SM8013B共15页3六、管脚说明名称功能说明VDD芯片电源GND芯片地FB反馈输入脚。PWM占空比变化取决于FB和SENSE脚的输入电压RIPWM振荡频率设置脚。通过调节连接在RI和GND之间的电阻来改变PWM频率。SENSE电流检测输入脚。GATE标识电极的门驱动电源MOSFET的输出七、元件参数极限参数（TA=25℃）符号说明范围单位VDD芯片工作电压23VVDDclamp芯片嵌位电压VDD＋0.1VIDDclamp芯片嵌位电流10mAVFBFB输入电压－0.3——7VVRIRI电压－0.3——2VTj结温-20——150℃Tstg存储温度-55——160℃八、电气工作参数（除非特殊说明，下列条件均为TA=25℃）范围符号说明条件最小典型最大单位芯片工作电压部分IDDstart芯片启动电流VDD＝12.5V，RI＝100KΩ510μAIDDop芯片工作电流VDD＝16V，RI＝100KΩ2.8mAUVLO(ON)VDD低压锁定电压7.688.6VUVLO(OFF)VDD低压锁定恢复电压131415V电流型PWM控制芯片SM8013B共15页4VDDclampVDD嵌位电压Idd＝5mA22.6VFB输入部分AvcsPWM输入增益△VFB/△VCS2.0V/VVFB(open)FB开环电压6VIFB(short)FB短路输出电流1.4mAZFBFB输入阻抗6KΩVTH_0D0占空比阀值电压VDD＝16V，RI＝100KΩ0.75VVTH_PL过功率阀值电压3.7VTD过载或者短路延迟时间35msSENSE输入部分Td上电延迟时间RI-100KΩ300nsZsense输入阻抗40KΩToc过流反应延迟时间VDD=16V,FB=3.3V75nsVTH_OC过流检测输入阀值电压FB＝3.3V，RI＝100KΩ0.700.750.80V振荡部分FoscRI-100KΩ606570KHzRIrange50100150KΩVRI（open）RI开环电压2VFosc（burst）Burst模式振荡频率VDD＝16V，RI＝100KΩ22KHzGATE驱动输出部分VOL输出低电平电压VDD＝16V，Io＝-20mA0.8VVOH输出高电平电压VDD＝16V，Io＝20mA10VVclamp输出嵌位电压20VTrVDD＝16V，CL＝1nF220nsTfVDD＝16V，70ns电流型PWM控制芯片SM8013B共15页5CL＝1nF频率抖动部分△FoscRI=100KΩ-33%电流型PWM控制芯片SM8013B九、电路原理图共15页6电流型PWM控制芯片SM8013B十、功能表述SM8013B是一个高度集成的PWM控制芯片，针对75W以内的离线式反激转换电源进行优化设计。优异的突变模式控制(BURSTMODECONTROL)极大的降低待机功耗，使系统更好的满足国际上节约能源的需求。z启动电流和启动控制SM8013B的启动电流很小，大约5μA,使芯片快速充电越过UVLO阀值电压，保证系统快速启动。因此在实际应用中可以使用一个阻值较大的启动电阻来降低系统的功耗。例如在AC/DC适配器，在通用的输入电压范围内，可以使用2MΩ1/4W的电阻，进一步降低系统的功耗。z芯片工作电流SM8013B的工作电流大约为2.8mA，在空载或者轻载的情况下，并通过突变工作模式，使系统的功耗降低。z频率抖动为满足EMI的要求，SM8013B内部含有频率抖动，减少传导波段的电磁干扰，降低系统EMI设计的难度。z突变工作模式在空载或者轻负载的情况下，开关电源的功耗主要是高压功率管的开关损耗、变压器的线损、吸收回路的损耗等等。功耗跟在一定时间内开关次数成正比关系，因此降低高压功率管开关次数，可以降低功耗。SM8013B可以根据不同的负载，自动调整开关模式。在空载或者轻负载的情况下，FB脚被拉低到突变模式阀值以下，芯片进入突变工作模式，也就是降低PWM工作频率。只有当VDD电压降低到某个预置电压和FB脚处于开启状态时，GATE脚才有开关输出。否则，GATE脚一直保持关闭状态，尽最大可能的降低开关损耗，减少待机状态的功耗。不管在任何负载的情况下，PWM的工作频率总高于音频（即：22KHz）。z振荡器通过调整RI脚到地的电阻，改变芯片内部恒流源电流的大小。这个电流对内部的电容进行冲放电，改变电流的大小，也就改变了冲放电的时间，振荡频率也就确定下来。其中RI跟PWM振荡频率的关系有以下公式可得：)()(6500KHzKohmRIFosc=z电流检测和内置前沿消隐电路SM8013B是电流模式的PWM控制芯片，内部含有逐周期电流限制。芯片通过检测SENSE脚外接电阻的电压来检测开关电流。内置前沿消隐电路通过延时消除了高压功率管在开启瞬间产生的尖峰，这样就不需要在SENSE脚外接RC滤波电路。因此在这个延共15页7电流型PWM控制芯片SM8013B共15页8时时间内，电流限制比较器不工作，也就消除避免由于尖峰干扰，关闭外部高压功率管。z内部同步斜率补偿内置的斜率补偿电路在SENSE脚输入电压上增加了一个电压斜率补偿，极大的提高了电源系统的稳定性，同时还避免了次谐波振荡的发生，从而降低了输出纹波电压。zGATE驱动SM8013B的GATE脚直接与MOSFET的栅极连接。GATE输出内部有一个18V输出嵌位二极管，保护高压MOSFET的栅极，避免由于芯片VDD的电压过高导致MOSFET的栅极击穿。z保护控制SM8013B有可靠的过流保护（OCP）、过载保护（OLP）、过压嵌位、欠压锁定功能（UVLO）、温度保护（OTP）。芯片表面温度在150~200度左右，芯片将维持在一平衡态，只有当芯片表面温度恢复到150度以下时，芯片才恢复正常工作。电流型PWM控制芯片SM8013B十一、参数对照波形描述共15页9电流型PWM控制芯片SM8013B十二、典型应用方案共15页10电流型PWM控制芯片SM8013B宽电压输入（85V~260V）12V4A应用方案：（原理图如上）12V4A元件清单U1SM8013BR810R/0.5WC4222/1KVBR11N4007*4U2PC817R92KC51000uFD1FR104U3TL431R1010KC61000uFD2FR107R11MR1112KC7104D3Y2010DNR21.5R/1WR123KC8104LEDREDR356K/1WR133KCX10.33Uf/275VQ15N60R44.7RR141.5MCX20.1Uf/275VCY3222M/250VR5100KC156UF/400VL110mHR151.5MR61KC222u/35VL210uHR1710KR70.27R/1WC3102/1KVTH1SCK056C9471R1710KDZ24V1/2WC12104宽电压输入（85V~265V）12V1.2A应用方案：（原理图如上）12V1.2A元件清单U1SM8013BR810R/0.5WC4222/1KVBR11N4007*4U2PC817R92KC5470uF/25VD1FR104U3TL431R1010KC6470Uf/16VD2FR107R11MR1112KC7104D3Y2010DNR21.5R/1WR123KC8104LEDREDR356K/1WR133KCX10.33Uf/275VQ12N60R44.7RR141.5MCX20.1Uf/275VCY3471M/250VR5100KC122uF/400VL110mHR151.5MR61KC222u/35VL210uHR1710KR71R/1WC3102/1KVTH1SCK056C9471R1710KDZ24V1/2WC12104共15页11电流型PWM控制芯片SM8013B宽电压输入（85V~265V）12V2A应用方案：（原理图如上）12V2A元件清单U1SM8013BR810R/0.5WC4222/1KVBR11N4007*4U2PC817R92KC51000uF/25VD1FR104U3TL431R1010KC61000Uf/25VD2FR107R11MR1112KC7104D3Y2010DNR21.5R/1WR123KC8104LEDREDR356K/1WR133KCX10.33Uf/275VQ14N60R44.7RR141.5MCX20.1Uf/275VCY3471M/250VR5100KC133uF/400VL110mHDZ24V1/2WR61KC222u/35VL210uHR1710KR70.8R/1WC3102/1KVTH1SCK056C12104宽电压输入（85V~265V）12V3A应用方案：（原理图如上）12V2A元件清单U1SM8013BR810R/0.5WC4222/1KVBR11N4007*4U2PC817R92KC51000uF/25VD1FR104U3TL431R1010KC61000Uf/25VD2FR107R11MR1112KC7104D3Y2010DNR21.5R/1WR123KC8104LEDREDR356K/1WR133KCX10.33Uf/275VQ15N60R44.7RR141.5MCX20.1Uf/275VCY3471M/250VR5100KC147uF/400VL110mHDZ24V1/2WR61KC222u/35VL210uHR1710KR70.5R/1WC3102/1KVTH1SCK056C12104注：针对SM8013B不同的输出功率应用方案，我们只需要调整R7的大小和选用不同过流能力的Q1，以及选用适当值的C1。一般情况下：输出功率在15W-20W之间：R7选用1R/1WQ1选用2N60C1：22u—33u输出功率在20W-30W之间：R7选用0.5R/1WQ1选用4N60C1：33u—47u输出功率在30W-48W及以上：R7选用0.3R/1WQ1选用7N60-10N60C1：56u—68u共15页12电流型PWM控制芯片SM8013B变压器的设计：12V1.2A12V2A共15页13电流型PWM控制芯片SM8013B12V3A12V4A共15页14电流型PWM控制芯片SM8013B十三、封装形式共15页15电流型PWM控制芯片SM8013B共15页16电流型PWM控制芯片SM8013B共15页17