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1、P H Y 4 6 4 D 系列产品版本 V1.0 2009/11 1 摘要： 本文阐述了一个基于原边控制开关的充电器/适 配器设计。包括芯片的特征和详细的工作原理，以 及设计技巧。 特征： 恒压恒流均采用原边控制，无需光耦和 TL431 内置 600V 功率开关 MOSFET 低的启动电流：5uA（Typ） 低的工作电流：2.5mA（Typ） 内置软启动功能 内置前沿消隐电路(LEB) 内置频率抖动以改善 EMI 特性 内置自适应 OCP 补偿 内置原边绕组电感补偿 内置输出线压降补偿 VDD 欠压保护(UVLO)、 过压保护(OVP)及 VDD 电压 钳位功能 高效节能： 满足能源之星EP
2、S 2.0版能耗标准 应用： 手机、无绳电话、PDA、数码相机等电池充电器 小功率适配器 PC，TV 等辅助电源 线性电源/RCC 替换 管脚信息： VDDCompINVCSGNDGNDDrainDrain典型应用: 设计指导书P H Y 4 6 4 D 系列产品深圳市菲亚达半导体有限公司 W W W . P H I Y A D A S E M I . C O M应用说明: 版本 V1.0 2009/11 2 内部框图：最大输出功率 型号 MOSFET RDS(ON) 90Vac264Vac 230Vac 封装 推荐应用领域 充电器，小功率适配器，LED 驱动 线性电源/RCC 替换 设计指导
3、书P H Y 4 6 4 D 系列产品12 5W 7W SOP8 10 9W 12W DIP8 4.4 12W 15W DIP8 P H Y 4 6 4 D P H Y 4 6 6 D P H Y 4 6 8 D深圳市菲亚达半导体有限公司 W W W . P H I Y A D A S E M I . C O M版本 V1.0 2009/11 3 应用指导: 应用指导: 在这种反激拓扑中， 开关管导通时， 变压器储存能量，负载电流由输出电容提供；开关管关断时，变压器将储存的能量传递到负载和输出滤波 电容，以补偿电容单独提供负载电流所消耗的能量。 一、启动电路一、启动电路 1.传统启动传统启动
4、电源上电开机时，通过启动电阻 RIN为 VDD端的电容 C1 充电，直到 VDD 端电压达到芯片的启动电压 VDD_ON 时芯片启动并且驱动整个电源系统工作。 图 1 典型启动电路 图 1 典型启动电路 在这个过程中，最大启动延迟时间可用下式计算： _ _1 _ln 1DD ON D ONIN DCDDSTINVTRCVIR= （1） 由于芯片具有低启动电流的特性且考虑到空载的系统损耗，RIN可取较大值，具体值可在 1.5M3M 范围内选取，C1 推荐选用 10uF/50V。 另外，还有一种整流前启动方式，启动电阻 RIN接在整流前，这种方式可降低待机功耗，提高效率，但 启动延迟时间变长。这里
5、不做说明，请参阅相关资料。 2.快速启动快速启动 如果需要系统具有更快的启动时间且在系统成本允许的情况下，可采用如下电路： 图 2 快速启动电路图 2 快速启动电路 设计指导书P H Y 4 6 4 D 系列产品P H Y 4 6 4 D 系列产品采用反激式电路结构,输出和输入高压使用变压器隔离。深圳市菲亚达半导体有限公司 W W W . P H I Y A D A S E M I . C O M版本 V1.0 2009/11 4 在这个电路中 C1 的值可以取得较小(但需要考虑系统的稳定性)， RIN 的值可以取得较大。这样既可缩 短系统的启动时间同时也可降低系统空载时的损耗。 启动电阻RI
6、上最大损耗： ()22 , ,INDC MAXDDDC MAX RMAX ININVVVPRR= （2） 其中， VDC，MAX是最大输入整流后电压 对于一个通用输入（90Vac264Vac），VDC，MAX=374V 62,37493 1.5 10INRMAXPmW= （3） 二二.变压器设计变压器设计 感电流工作在 DCM 模式的设计。 1.输入存储电容输入存储电容 对于宽电压范围输入，输入存储电容 CIN按 23uF/Watt 输出功率选取； 230V 或 115V 倍压整流输入，CIN按 1uF/Watt 输出功率选取。 2.最小和最大直流输入电压最小和最大直流输入电压 21222OC
7、 L MINACMIN INPtfVVC= （4） 2MAXACMAXVV=（5） 其中，fL为输入交流电压频率； tC为桥式整流大额导通时间，可取 3ms 所有单位分别为伏特、瓦特、赫兹、秒、法拉第。 3.VOR和和 DMAX OR设计在 60V80V。建议 DMAX取 0.45 以下。 ()OR MAX PMINDSORVDKVVV=+（6） 其中，KP应始终大于1，KP表示非连续导通模式，并且是初级MOSFET关断时间与次级二极管导通时间的 比例。VDS取10V； 导通模式下工作。在CV应用时，次级二极管导通 时间一旦超过周期的一半，则开关频率将降低。为了在最大输出功率时，开关频率为60
8、KHz（Typ） ，则需要 设定K导通模式下工作。在CV应用时，次级二极管导通 时间一旦超过周期的一半，则开关频率将降低。为了在最大输出功率时，开关频率为60KHz（Typ） ，则需要 设定KP P。检验K。检验KP P大于1.3，确保非连续工作。建议取值1.5或更大的值。 大于1.3，确保非连续工作。建议取值1.5或更大的值。 设计指导书P H Y 4 6 4 D 系列产品注意：为了实现正确调节， 要求电源在非连续注意：为了实现正确调节， 要求电源在非连续采用原边反馈，在任何情况下，变压器电感电流必须工作在 DCM 模式。下列为宽电压输入，电反射电压 V深圳市菲亚达半导体有限公司 W W W
9、 . P H I Y A D A S E M I . C O M版本 V1.0 2009/11 5 4.初级峰值电流和有效值初级峰值电流和有效值 初级平均电流： O AVG MINPIV= （7） 初级峰值电流： 2AVG P MAXIID= （8） 初级有效值电流： 23P RMSMAXIID= （9） 5.初级电感量初级电感量 6210 1 2O PPSPL If= （10） 其中，式中的单位分别为微亨、瓦特、安培、赫兹 6.选择磁芯确定初级匝数选择磁芯确定初级匝数 实际上，磁芯的初始选择肯定是很粗略的，因为变量太多了。选择合适磁芯的方法之一是查阅制造商 提供的磁芯选择指南。 磁芯尺寸磁芯
10、尺寸 输出功率输出功率 EE13 3W EE16 6W EI22、EF20 15W 确定了磁芯之后，即可由下式得出变压器初级侧为避免发生磁芯饱和而应具有的最少匝数： 2 ,10PP P MIN sateILNBA=（11） 其中单位分别为高斯、安培、微亨、平方厘米, Bsat为饱和磁通量密度，如无参考数据，则使用 Bsat=35004000,以高斯为单位；或者Bsat=0.350.4,以特拉斯为单位。 最大工作磁芯磁通密度，BM=20003000,以高斯为单位；或者Bsat=0.20.3,以特拉斯为单位。选用2500 高斯（0.25特拉斯）可以降低音频噪声的产生。 则初级绕组匝数： 21025
11、00PP P eILNA= （12） 磁芯气隙长度： 21401000P ge PLNLALA= （13） 其中，Lg单位为毫米，Ae单位为平方厘米，AL单位为纳亨/圈2，L P单位为微亨。 通常不推荐对中心柱气隙磁芯使用小于0.1 mm的值，因为这样会导致初级电感量容差增大。如果您需 要使用小于0.1 mm的Lg值，请咨询变压器供应商以获得指导。 设计指导书P H Y 4 6 4 D 系列产品深圳市菲亚达半导体有限公司 W W W . P H I Y A D A S E M I . C O M版本 V1.0 2009/11 6 7.变压器绕组间匝比变压器绕组间匝比 ORPSODVN NVVV
12、=+ （14） OCVIR= （15） 其中，VD为二极管正向电压：对超快速PN结二极管选取0.7 V，肖特基二极管选取0.5 V。 V为最大负载输出线压降：IO为最大负载电流，RC为输出线等效电阻 SODAVXAVXDBNVVV NVV+=+ （16） 其中，VAVX为辅助绕组整流后的电压，VDB为偏置绕组整流管正向电压； 8.次级峰值电流和次级有效值电流次级峰值电流和次级有效值电流 次级峰值电流： P SPP SNIIN= （17） 次级峰值电流： 1 3MAX SRMSSP PDIIK= （18） 9.次级绕组匝数次级绕组匝数 OD SP ORVVVNNV+= （19） 10.辅助绕组辅
13、助绕组 。所以辅助绕组的设计是 比较重要的。 下图为典型的V-I曲线： 图3 充电器V-I曲线 图3 充电器V-I曲线 在一个充电器应用中，电池电压低于B点电压VB时，充电器通过不断重启来完成对过放电电池小电流补 充电；当电池电压达到B点电压VB时，芯片正常工作，充电器对电池恒流充电；随着电池电压的升高，到达A 点电压VA时，输出功率最大，此时进入恒压充电模式，充电电流逐渐减小。 VO=VB时，辅助绕组整流后的电压达到芯片的最低工作电压VDD_OFF 。 设计指导书P H Y 4 6 4 D 系列产品通过采样辅助绕组的电压来完成恒压恒流控制（请参考规格书）深圳市菲亚达半导体有限公司 W W W
14、 . P H I Y A D A S E M I . C O MP H Y 4 6 4 D 系列产品版本 V1.0 2009/11 7 _DD OFFDB AVXS BDVVNNVVV+=+（20） VO=VA时，辅助绕组的反激电压 ,()AVX AVX ORAD SNVVVVN=+ （21） 注意：此时辅助绕组整流后的电压不得引起OVP。否则，重新设计。 对于LED驱动应用设计同充电器应用。 对于一个适配器应用来说，VAVX，OR设计在13V左右即可。 11.确定绕组的导线直径确定绕组的导线直径 对于绕组的导线的选择，需要考虑导线的电流密度，骨架宽度，绕线层数。辅助绕组和次级绕组必须 密绕且绕满绕平，达到良好的耦合（参见变压器结构设计） 。 当导线很长时（超过1m） ，电流密度通常为5A/mm2。当导线较短且匝数较少时，610A/mm2的电流密度也可以接受。应避免使用直径大约0.5mm的导线，以防严重的涡电流损耗并使卷绕更加容易。对于大电流输出， 建议使用多股细线并绕的方式绕制次级绕组，这样可以减小集肤效应
