FT838NB
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原邊反饋控制芯片FT838NB
設計和應用指南
典型電路圖1.jpg)
摘要
一級代理FT838NB/FT838RNA內(nèi)置三極管驅(qū)動IC-方案成本低
FT838NB/FT838RNA是一款高性能，低功耗的開關電源控制芯片，它集成恒流恒壓控制模塊，能在無光耦和TL431的情況下實現(xiàn)次級恒流恒壓。FT838NB/FT838RNA還集成了欠壓鎖定，前沿消隱，內(nèi)置輸出線損補償，輸入電壓補償和內(nèi)置開關功率NPN，利用這些功能客戶可以方便實現(xiàn)一個最小外部元器件和低成本的AC-DB電源模塊。FT838NB應用于電源供應器可同步實現(xiàn)最高下半場效率和快速動態(tài)負載供應，F(xiàn)T838RNA應用于LED驅(qū)動，待機電流略高（~22uA）。FT838NB、FT838RNA集成豐富的保護功能，如VCC過壓保護，OTP過溫保護，反鎖回路開路保護，這些保護功能不但能簡化外部電路，而且能夠提高電源模塊的可靠性。FT838NB/FT838RNA的封裝格式為SOP8,滿足無鉛或綠色環(huán)保標準。
這份應用資料介紹了FT838NB/FT838RNA系列原邊反饋控制芯片及其應用電路。詳細描述了它的特點和工作原理，并結(jié)合實際的應用方案介紹外圍電路的設計流程。
特點
無光耦及TL431反饋
脈沖頻率調(diào)制控制模式(PFM)
內(nèi)置功率NPN三極管
內(nèi)置抖頻功能來改善EMI性能
每一個開關周期的電流限制功能
過壓保護(OVP)
欠壓鎖定(UVLO)
輸出短路保護
內(nèi)置輸出線損補償
輸入線電壓補償提高輸出電流精度
應用范圍
待機功耗要求嚴格的待機電源應用
手機，PDA，數(shù)碼相機等電池充電器產(chǎn)品
ADSL, 無繩電話等適配器產(chǎn)品
LED射燈、燈杯和球泡燈等照明產(chǎn)品
芯片版本與管腳定義
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芯片本版 |
線損補償比例 |
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FT838NB0 |
0% |
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FT838NB1 |
3% |
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FT838NB2 |
6% |
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FT838NB3 |
9% |
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FT838RNA |
N/A |
FT838NB內(nèi)置輸出線損補償，用戶可根據(jù)實際輸出導線情況選擇合適的芯片版本。FT838RNA主要應用于LED驅(qū)動應用，故無線損補償。
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管腳號 |
管腳名稱 |
注解 |
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1 |
CS |
初級電流檢測端 |
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2 |
FB |
輸出電壓反饋端 |
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3 |
VCC |
供電端 |
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4 |
NC |
該管腳懸空 |
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5 |
GND |
芯片的地 |
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6 |
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7 |
C |
功率NPN的集電極 |
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8 |
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介紹
FT838NB這款高度集成的原邊反饋控制芯片包含了許多功能，內(nèi)置功率NPN開關，這些功能有效地提高了小功率反激變換器性能。原邊反饋的拓撲結(jié)構簡化了電路設計，降低了物料成本。通過芯片內(nèi)部的抖頻技術，使得EMI處理更加簡單。所以，與傳統(tǒng)線性變壓器設計電路比較，產(chǎn)品成品體積小，重量輕。
FT838NB這款原邊反饋控制芯片工作在脈沖頻率調(diào)制（PFM）模式下，負載越輕，頻率越小；所以輕載時系統(tǒng)的功耗很小。FT838NB啟動電流最大為5uA；所以可以使用很大的啟動電阻從而提高了節(jié)能效果。
FT838NB這款原邊控制芯片同時也提供了非常多的保護功能。FB引腳配置了輸入欠壓鎖定。每一周期的電流限制和恒流控制保證了在重載下的過流保護。另外，芯片能快速關斷；當異常狀況解除后能及時重啟。
通過使用這款原邊反饋的芯片，充電器(或適配器, LED驅(qū)動電源) 能夠用很少的外圍器件和最低的成本實現(xiàn)恒壓和恒流的功能。
圖4所示
輸出電流Io在斷續(xù)模式(DCM)的反激拓撲中可以通過方程(1) 來表達。
其中Nps是原邊與副邊匝數(shù)比。Rcs是電流檢測電阻的阻值。 Vcsth是Rcs上的電壓限制值。芯片內(nèi)部設定Vcsth=0.55V所以，輸出電流Io可以通過Nps和Rcs來計算，確定好Nps和Rcs后，原邊反饋控制芯片就可以確定功率三極管的關斷時間，從而提供恒定的輸出電流。
通過在 DCM下良好的變壓器設計，原邊反饋控制芯片能夠?qū)崿F(xiàn)精確而穩(wěn)定的恒流輸出特性。在接下來的篇章中，有一個變壓器的具體設計的介紹。
原邊反饋控制芯片在恒壓工作模式下時工作頻率隨著負載電流的減小而減小負載電流減小到0時頻率降到最低。有了這種控制模式電源控制芯片能輕松滿足最嚴格的功率轉(zhuǎn)換效率的要求。同時為了改善輸出瞬態(tài)相應特性在頻率隨負載電流減小的同時降低原邊峰值電流避免空載時輸出頻率過低達到提高輸出瞬態(tài)相應速度的目的。
頻率抖動這款原邊反饋控制芯片集成了內(nèi)部的抖頻功能來提高 EMI的性能。輸出電壓電流特性電池充電器一般會設計兩種工作模式恒壓充電與恒流充電。圖5所示為基本的充電特性。當電池電壓很低時充電器工作在恒流充電狀態(tài)。這是電流充電的主要方式。當電池電壓達到它的最終電壓時電流便逐漸停止。充電器便進入恒壓充電模式。最終充電電流逐漸減小直到零。
啟動電路 當電源啟動時，如圖6所示輸入電壓Vbus通過啟動電阻R1對C1進行充電。當電容的電壓(VCC)達到芯片啟動電壓(VCC-ON)時原邊反饋控制芯片開始啟動。其中VCC-ON是芯片啟動電壓 Ist是芯片啟動電流。
系統(tǒng)設計變壓器設計是系統(tǒng)設計中最關鍵的部分系統(tǒng)的工作頻率、最大飽和磁通密度和系統(tǒng)工作狀態(tài)(DCM)等都由變壓器設定。下面以5V1A為例介紹設計步驟及對應的Excel應用。
以下為設計中用到的參數(shù)及其表示方法
Vac_min：最小交流輸入電壓
Vac_max：最大交流輸入電壓
Vdc_min：輸入母線電壓最小值
Vdc_max：輸入母線電壓最大值
C1：主輸入電容的容值
T：開關管工作周期
f：開關管工作頻率
FL：交流輸入電壓頻率
Ton：功率三極管開通時間
Tdis：輸出放電時間
L：初級電感量
Ls：次級電感量
Ipk：初級電流峰值
Ipks：次級電流峰值
Np：初級線圈匝數(shù)
Ns：次級線圈匝數(shù)
Naux：輔助繞組線圈匝數(shù)
Nps：初次級線圈匝數(shù)比
Vo：輸出電壓
Io：輸出電流
VD：輸出二極管的正向壓降
Vs：Vo與VD之和
Vaux：輔助繞組供電電壓
n：變壓器轉(zhuǎn)換效率
K：芯片內(nèi)部設定的比例參數(shù)
Rcs：初級電流采樣電阻
Vcsth：Rcs上電壓的限制值
1. 設定已知參數(shù)交流輸入電壓Vac_min=90VVac_max=265V輸入交流電壓頻率FL=50HZ輸出Vo=5VIo=1A;系統(tǒng)工作頻率f=60KHZ恒流比例系數(shù)K=4(芯片內(nèi)部設定)磁芯規(guī)格EE16磁芯截面積AE =19.2mm2最大磁通密度Bm=270mT反饋供電電壓Vaux=9.5V
2. 確定輸入電容C1根據(jù)經(jīng)驗當輸入交流電壓范圍為90264V時輸入電容C1一般根據(jù)輸入功率來選擇其典型值為 2uF/W由于輸出為5V1AExcel表格中計算出C1推薦值為11.8uF可以選擇兩個6.8uF即13.6uF所以在設計表格的C1修正值中填入13.6。
3. 確定最低BUS電壓和最高BUS電壓