功能描述DK912是一款原边反激式AC-DC开关电源控制芯片,芯片集成了700V高压开关功率管和初级峰值电流检测电路,芯片内还包含有原边反馈恒流、恒压控制及自供电电路,并具有输出线缆补偿功能,芯片采用高集成度的CMOS电路设计,外围元件极少,变压器设计简单,隔离输出电路的变压器只需要两个绕组产品特点l 全电压输入85V—265Vl 内置700V高压开关功率管l 芯片内集成了高压恒流启动电路,无需外部加启动电阻l 专利的原边反馈控制算法,无需辅助绕组l 专利的自供电技术,无需外部绕组供电l 内置PWM 振荡电路,并设有抖频功能,保证了良好的EMC 特性l ±2%恒压电压精度,±5%恒流精度l 过温、过流、过压以及短路保护l 4KV 防静电ESD 测试应用领域12W以下AC-DC应用包括:电源适配器、LED电源、电磁炉、空调、DVD等小家电产品DK912——12W原边反馈恒流、恒压电源芯片-1-封装与引脚定义(DIP8)极限参数供电电压VDD……………………………………………………………… -0.3V--8V供电电流VDD……………………………………………………………… 100mA引脚电压 ……………………………………………………………-0.3V--VDD+0.3V功率管耐压 ……………………………………………………………… -0.3V--730V峰值电流 ……………………………………………………………… 700mA总耗散功率 ……………………………………………………………… 1000mW工作温度 ………………………………………………………………-25 ° C--+125° C储存温度 …………………………………………………………… -55° C--+150° C焊接温度 ……………………………………………………………… +280° C/5S引脚 符号 功能描述1 IS电流检测引脚,接法1:IS接电阻对地时,电阻值RS必须大于350mΩ,最大Ip电流为Vlim/RS;接法2:IS脚直接接地,最大Ip电流固定为666mA。
2 GND 芯片地3 FB 原边反馈引脚4 VDD 芯片的工作电源正端,外部对地接10uF-47uF电容5,6,7,8 OC 芯片内部高压功率管的漏极引脚DK912——12W原边反馈恒流、恒压电源芯片-2-电气参数工作原理峰值电流和最大输出功率IS引脚对地电阻 ISR 为电流取样电阻,用于设定整个开关电源系统的最大输出功率,根据公式 INONPP**VTLI= ,为保证输出足够大的功率,在低压 IN =100VV时,开通时间项目 测试条件 最小典型最大单位VDD工作电压 AC输入85V------265V 4 4.7 6 VVDD启动电压 AC输入85V------265V 4.5 4.7 5 VVDD重启电压 AC输入85V------265V 3.3 3.6 3.9 VVDD 保护电压 AC输入85V------265V 6 6.2 6.5 VVDD工作电流 VDD=5V,Fb=2V 40 mA高压启动电流 AC 输入265V 0.5 mA启动时间 AC输入85V 500 mS功率管耐压 Ioc=1mA 700 V功率管最大电流 VDD=5V 700 mAIS最大开通电压 VDD=5V 360 400 440 mVIS最小开通电压 VDD=5V 80 100 120 mV恒压基准电压 VDD=5V 2.45 2.5 2.55 V工作频率 VDD=5V 16k 65k hz最小开通时间 VDD=5V 500 ns开路保护电压 VDD=5V,测量FB电压 3.7 V短路保护阀值 VDD=5V,测量FB电压 1.3 V温度保护 VDD=5V 120 130 140 ° CDK912——12W原边反馈恒流、恒压电源芯片-3-最大为8us,并结合输出功率计算公式 21max*max*max*2PoLpIpFs h= ,h为系统效率,可得 PINON2*max**max*PoIVTFs h= ,而 22*max*max*P PPoLIFs h= 。
上电启动芯片内置高压启动电流源;上电后启动电流对外部的VDD储能电容充电,当VDD电压达到5.0V的时候,上电启动过程结束,芯片进入软启动阶段软启动上电启动后的4ms, 芯片工作在16khz, 峰值电流为1 *max2 Ip ;上电启动延时1ms后,开始检测FB电压FB 检测反激阶段,输出电压通过初级或者辅助级绕组耦合关系映射到FB引脚;芯片通过检测FB口电压间接检测并稳定输出电压或者输出电流;芯片在检测到FB>0.7v后,判定为反激开始;为防止误检测到漏感电压,芯片在反激延时2us后开始采样FB电压采样后的FB电压和内部2.5v电压基准做误差放大,误差放大器的输出控制初级峰值电流Ip,调节输出电压和输出电流恒流模式当负载超过最大输出功率时,输出电压减小,FB电压小于2.5v,芯片工作在恒流模式输出电流 1 *max*4IoIpN≈ 随着负载的增大,输出电压降低,Fs减小恒压模式参照文章后半部分的典型应用图:双绕组恒压应用: OUT 2.5*2*(1)1dvNsRFBVVNpRFB≈+−(参考典型双绕组恒压应用, dV 为次级整流二极管电压);DK912——12W原边反馈恒流、恒压电源芯片-4-三绕组恒压应用: OUTA2.5*2*(1)1dvNsRFBVVRFB≈+−(参考典型三绕组恒压应用)当负载小于最大输出功率时,芯片工作在恒压模式。
芯片根据负载动态调节峰值电流和工作频率;重载时,工作频率固定为65khz ,芯片工作在PWM当负载减小时,Ip减小;当负载进入到轻载时,工作频率会由65khz线性减小到20khz,芯片工作在PFM ;当负载更轻或者待机时,为减少待机功耗,芯片工作在间歇模式自供电芯片使用了专利的自供电技术,控制VDD的电压在4.7V左右,提供芯片本身的电流消耗,无需外部辅助绕组提供线缆补偿内置线缆补偿电路,减小不同负载时由于线缆阻抗产生的输出电压误差线补电流Icomp随负载增加而增大,最大为12uA,对于三绕组应用线补电压为 S COMPFB2A2***NIRN ,对于两绕组应用线补电压为 S COMPFB2P2***NIRN 电源异常因外部的某种异常引起的VDD电压高于6.2V 时,芯片进入VDD过压保护FB口检测异常保护次级开路时,Vor电压会不断升高;当芯片检测到FB电压超出3.7v,进入异常保护FB电阻断路保护:上电时,芯片检测到FB电阻断路,进入异常保护功率管过压保护为防止功率管过压,当芯片检测到功率管端电压超过600v时, 进入功率管过压保护DK912——12W原边反馈恒流、恒压电源芯片-5-短路保护:为防止次级短路,芯片采样检测到FB电压低于1.3v并且持续时间超过8ms,进入短路保护。
过温保护:任何时候检测到芯片温度超过130℃,立即启动过温保护,停止输出脉冲,直到过温状况解除典型应用一:两绕组5V2A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/AC250V F1 12 整流二极管 1N4007 D1~D4 43 二极管 FR107 D5 14 SR540 D6 15电解电容10uF/400V C1,C2 26 10uF/16V C3 17 1000uF/10V C5 18 470uF/10V C6 19 电感 1mH/EMI L1 110 10uH/2.5A L2 111 瓷片电容 2A103J C4 1DK912——12W原边反馈恒流、恒压电源芯片-6-12 Y电容102 C7 113 DNI C8 114色环电阻150K R1 1 精度1%15 47 R2 1 精度1%16 0.56/0.5W Rs 1 精度1%17 250K RFB2 1 精度1%18 8K RFB1 1 精度1%19 IC DK912 U1 120 变压器 EE19 T1 1变压器设计:1、参数确定变压器设计时,需要先确定电路参数如下:输入电压范围:AC85V~265V,输出电压及电流:DC5V/2A,最大开关频率60khz,最大占空比50%。
2、磁心的选择先计算出电源的输入功率P=Pout/ h ( h 指开关电源的效率,设为0.75),而Pout=Vout*Iout=5V*2A=10W,即Pin=10W/0.75=13.3W,可用EE19磁心,Ae=23mm²3、确定变压器的匝比变压器的反激电压Vor设定为取值在60V~120V之间,一般建议Vor取80V,因此:VoutVorN = 80 155.5VV=≈4、计算Rs电阻:如前所述 PINON2*max2*10W 560**max*100*8*60*0.75Po mAVTFsVusKh==≈,根据 400max 0.1mvIp Rs= + => 0.6Rsohm≈ ,实测修正为 0.56Rsohm≈ 正好输出10W5、计算电感:由 2inP1**2PLIFs= 得22P2*max2*10W 1.4*max*0.56*60*0.75Po mHIFsAKh==≈电感取1.4mH6、计算原边匝数 pN :由磁通链的两个公式 Pe**NABl = 及 P*LIl = 得PPe*=*LINBA变压器的设计时最大磁感应强度不能大于0.4T,(铁氧体的饱和磁感应强度一般为0.4T左右),由于单端反激电路工作在B-H的第一象限,磁心又存在剩磁Br约为0.1T,DK912——12W原边反馈恒流、恒压电源芯片-7-所以最大的工作磁通 maxB 最大只有0.4T-0.1T=0.3T。
Bmax最大不能超过0.3T,公式中取值0.25T;EE19磁心的中柱截面积为Ae=23mm²PP7 2e* 1.4mH*560==136*0.25*23LI mANBATmm ≈ 匝为是次级圈数为整数,取初级圈数取为135匝7、计算副边匝数 SNsN = pN /N=135/15=9匝8、变压器的漏感由于变压器不是理想器件,在制造过程中一定会存在漏感,漏感会影响到产品的稳定及安全,所以要减小漏感,三明治绕线方式可以减小漏感,需要同时兼顾EMI的要求其他设计注意事项1、功率器件是需要散热的,芯片的主要热量来自功率管,功率管与引脚OC相连接,所以在PCB布线时,应该将OC引脚外接的铜箔的面积加大并作镀锡处理以增大散热能力2、芯片的OC引脚是芯片的高压部份,最高电压可达到600V以上,所以路布置上要与低压部份保证1.5mm以上的安全距离,以避免电路出现击穿放电现象3、芯片的自供电电路是工作在高频,过长及过细的引线将会引起芯片的工作异常,所以芯片的 第4引脚的外接VDD电容要尽量的靠近芯片并加大引线的面积典型应用二:三绕组5V2A元器件清单DK912——12W原边反馈恒流、恒压电源芯片-8-序号 元件名称 规格/型号 位号 数量 备注1 保险丝 F1A/AC250V F1 12 整流二极管 1N4007 D1~D4 43 二极管 1N4007 D5 14 SR540 D6 15电解电容10uF/400V C1,C2 26 10uF/16V C4 17 1000uF/16V C5 18 470uF/16V C6 19 电感 1mH/EMI L1 110 10uH/2.5A L2 111瓷片电容2A103J C3 112 Y电容102 C7 113 瓷片电容 C8 114色环电阻150K R1 1 精度1%15 47 R2 1 精度1%16 0.56/0.5W Rs 1 精度1%17 10K RFB2 1 精度1%18 8.2K RFB1 1 精度1%19 IC DK912 U1 120 变压器 EE19 T1 1变压器设计:1、参数确定变压器设计时,需要先确定电路参数如下:输入电压范围:AC85V~265V,输出电压及电流:DC5V/2A,最大开关频率6。