CR6853中文版技术设计指导书

CR6853CR6853CR6853CR6853应用应用应用应用指导指导指导指导书书书书摘要摘要摘要摘要：：：：本文主要介绍了CR6853的特征和详细的工作原理，描述了一种采用CR6853的反激式隔离AC-DC开关电源的简单而高效的设计方法。芯片芯片芯片芯片特征特征特征特征：：：：·低成本、PWM&PFM&CRM(周期复位模式)控制·低启动电流(约3uA)·低工作电流(约1.2mA)·电流模式控制·内置同步斜坡补偿·低EMI技术·PWM频率外部可调·轻载工作无音频噪音·内置前沿消隐·90V~264V的宽电压下可实现恒定最大输出功率·GATE引脚驱动输出高电平钳位18.0V·VDD引脚过压保护34.0V欠压锁定(UVLO)、周期电流限制、短路保护、过载保护等保护功能·具有自动恢复的保护功能·高压BiCMOS工艺·SOT-23-6L，SOP-8L，DIP-8L无铅封装应用领域应用领域应用领域应用领域：：：：·AC/DC电源适配器·电池充电器·开放式电源·备用开关电源·机顶盒开关电源·384X代替·兼容：SG6848J&LD7535&OB2262&OB2263管脚信息管脚信息管脚信息管脚信息：：：：高效节能高效节能高效节能高效节能：：：：满足能源之星EPS2.0版Ⅴ级能效标准典型应用电路图典型应用电路图典型应用电路图典型应用电路图::::CR6853应用指导书2一一一一、、、、芯片工作原理芯片工作原理芯片工作原理芯片工作原理1.功能概述：CR6853是用于36W以内离线式开关电源IC，该IC具有优化的图腾驱动电路以及电流模式PWM控制器。该芯片适用于离线式AC-DC反激拓扑的小功率电源模块。芯片可以通过外接电阻改变工作频率；在轻载和无负载情况下自动进入PFM和CRM，这样可以有效减小电源模块的待机功耗，达到绿色节能的目的。CR6853具有很低的启动电流，因此可以采用一个2兆欧姆的启动电阻。为了提高系统的稳定性，防止次谐波振荡，CR6853内置了同步斜坡补偿电路；而动态峰值限制电路减小了在宽电压输入(90V~264V)时最大输出功率的变化；内置的前沿消隐电路可以消除开关管每次开启产生的干扰。CR6853内置了多种保护功能：过压保护、逐周期峰值电流限制、欠压锁定(可以用它实现短路和过流保护）以及输出驱动的高电平钳位在18.0V以下。而驱动输出采用的图腾柱和软驱动有效降低了开关噪声。由于CR6853高度集成，使用外围元件较少。采用CR6853可以简化反激式隔离AC-DC开关电源设计，从而使设计者轻松的获得可靠的系统。图图图图1.11.11.11.1CR6853CR6853CR6853CR6853内部框图内部框图内部框图内部框图2.欠压锁定和启动电路：⑴、CR6853具有如下两种启动方式：1)整流滤波前启动的方式,其启动电路见图1.2.1所示；2)整流滤波后启动的方式，其启动电路见图1.2.1所示；图图图图1.1.1.1.2.12.12.12.1整流前启动整流前启动整流前启动整流前启动图图图图1.1.1.1.2.22.22.22.2整流滤波后启动整流滤波后启动整流滤波后启动整流滤波后启动CR6853应用指导书33、系统的启动时间：上面两种启动方式当电源上电开机时通过启动电阻RIN给VDD端的电容C1充电,直到VDD端口电压达到芯片的启动电压VTH(ON)（典型值14V）时芯片才被激活并且驱动整个电源系统正常工作。在图1.3.1中系统的最大启动延迟时间满足如下运算关系：__1_ln1DDONDONINDCDDSTINVTRCVIR=-××--×………………（表3.1）其中：IDD_ST：CR6853的启动电流TD_ON：系统的启动延迟时间RIN：为R1与R2电阻值之和由于芯片具有低启动电流的特性并且考虑到空载的系统损耗，RIN可以取得较大，具体值可在1.5MΩ~3MΩ范围内选取,C1推荐选用10uF/50V。如果发生保护，输出关断，导致辅助绕组掉电，VDD端电压开始下降，当VDD端电压低于芯片的关闭电压VDD_OFF（典型值8.8V）时，控制电路关断，芯片消耗电流变小，进入再次启动。图图图图1.1.1.1.3.13.13.13.1典型启动电路典型启动电路典型启动电路典型启动电路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，您可参考图1.3.2电路中C1可以取得较小(但需要考虑系统的稳定性)，RIN的取值可以取得较大，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待机功耗。图图图图1.1.1.1.3.23.23.23.2快速启动电路快速启动电路快速启动电路快速启动电路4、启动电阻RIN上最大损耗：()22,,,INDCMAXDDDCMAXRMAXININVVVPRR-=≅……………………（1.4.1）其中，VDC，MAX是最大输入整流后电压对于一个通用输入（90Vac~264Vac），VDC，MAX=374V62,374931.510INRMAXPmW=≅×………………………………（1.4.2）CR6853应用指导书45、正常工作频率和频率抖动CR6853允许设计者根据系统的使用环境需要自行调整系统的工作频率,其PWM频率为：30－150K；CR6853的典型工作频率为67KHz，其应用电路如图1.6，RI的取值决定了系统的工作频率，工作频率的设定可分别由以下公式计算出来，在正常的工作频率上增加了±4%的抖动，弱化在某个频率对外辐射的能量,使系统设计更容易成功。6700()()OSCZFKHRIK=Ω图图图图1.1.1.1.6666频率设置电路频率设置电路频率设置电路频率设置电路虽然CR6853推荐系统PWM的工作频率范围可为50K~150KHz，但是芯片系统性能优化主要是被设计在50KHz~67KHz的应用范围，在应用时请注意。在PCBlayout时应尽可能使RI的接地端靠近芯片的GND端，以便减少干扰。7.FB输入端CR6853FB端口各电压阈值相对应的系统工作状态可通过下图表示。图图图图1111.7.7.7.7....1111FBFBFBFB端电压对应系统工作状端电压对应系统工作状端电压对应系统工作状端电压对应系统工作状态态态态0.9V~1.4V为系统在空载或轻载时工作在CRM工作模式下的FB端电压；1.4V~3.7V为系统在常态工作模式下的FB端电压；3.7V~4.8V为过功率保护或短路保护时FB端电压；4.8V为系统开环状态时FB端电压，FB端的短路电流典型值为0.7mA。CR6853采用传统的电流模式结构设计，其关断时间根据峰值电流调整，通过与主开关管MOSFET源极相连接的电流反馈电阻Rsense转化成电压反馈到CR6853的SENSE端来实现控制。在正常工作时，这个峰值电流与FB具有如下关系式：VFB：FB端的电压。Rs：与主开关管MOSFET源极相连接的电流反馈电阻阻值当VFB3.7V持续33mS的时间,关闭开关管，状态被保持。此时芯片VDD电压必须降低到VDD_OFF后，再启动才能恢复正常。VFB0.9V(典型值)时，CR6853的Gate端口立即停止输出脉冲，保证整个系统的安全。注意事项：CR6853应用指导书51）.芯片在设计初始为了降低系统在空载或较轻负载状态下系统整机的功率损耗，系统正常工作时CR6853FB端允许的最大的输出电流IFBmax≈0.5mA，最小工作电流IFBmin≈0.18mA；即流过光耦接收端集射极的电流Ic最大为0.5mA左右，最小为0.18mA左右。假设光耦的最大传输比CTR=0.8，系统二次侧(次级)TL431的工作电流仅由流过光耦发射端二极管的电流IF提供，那么通过Ic折算到流过光耦发射端二极管的电流IF最大仅为0.63mA,这个电流将无法满足TL431的最小工作电流（1mA），所以在系统设计时，使用CR6853设计的系统必须给次级TL431提供一个常态偏置电阻(图2.5反馈控制电路中的Rbias)，使TL431工作在正常的状态，否则系统的负载调整率或其他性能可能会发生异常,在12V输出的系统中，考虑空载或轻载时系统的损耗因素，推荐使用的偏置电阻阻值为2.2KΩ。2）.当VFB=0.9~1.4V时系统工作在CRM工作模式，如果系统出现可听及的异音，请先检查系统是否工作正常，如果你确认无误，请检查系统缓冲吸收回路中的电容材质，如果使用的是普通压电陶瓷电容,那么当系统在CRM工作状态时电容由于发生压电效应而产生异音是很可能的。这时请更换电容的材质，如MYLA，PEA，MEF或CBB等薄膜类电容；考虑成本及电容体积大小的因素，我们推荐使用MYLA(缇纶)电容，在保证吸收回路效果的前提下可以通过调整缓冲吸收回路中的电阻阻值来减少该电容的值有利于缩小电容体积及降低系统成本。3）.当系统工作在满载的情况下,如果系统出现可听及的异音时，请检查系统是否工作正常，如果你确认无误，请检查芯片的FB端的电压波形是否较平滑，如果发现较大的干扰请检查系统的PCBlayout是否合理，对于较小的干扰可通过外加滤波网络进行抑制，如图1.7.2中的RFB及CFB组成的低通滤波器，这里RFB，CFB的取值不宜过大，比如47Ohm，1000PF；根据系统的实际情况，RFB可以为0Ohm。RFB，CFB的取值会影响系统的图图图图1.7.21.7.21.7.21.7.2FBFBFBFB低通滤波器低通滤波器低通滤波器低通滤波器环路稳定，一般CFB的取值建议要≤4700PF。4）、当系统工作在输出空载，轻载或满载转空载的情况下，如果发现输出端电压在较大范围内波动时，首先确定电路设计、PCBlayout是否正确及环路是否稳定，如果确定无误，请再次检查变压器给芯片供电的辅助绕组是否能保证系统在输出空载或轻载的情况下芯片VDD端的电压在8.8V(UVLO典型值)以上，否则系统可能工作在UVLO临界状态。值得注意的是变压器辅助线圈在设计时需要把与VDD端相连的整流二极管的管压降以及限流电阻的压降考虑进去，另外还要考虑变压器层间耦合系数/强度的关系；耦合较弱时，空载时芯片VDD端电压值较低，容易进入UVLO状态，但是满载状态下VDD端电压上升较少；耦合过强，对提高空载时芯片VDD端电压稳定系统有较大的帮助，但满载状态下VDD端电压上升较多，容易让芯片进入OVP状态。考虑到系统满载瞬间转空载或空载瞬间转满载时由于能量瞬变导致VDD端电压下冲误触发UVLO的原因，在系统允许的输入电压范围内且系统输出为空载时建议芯片VDD端电压要＞11.5V，特别要注意高端输入电压如264V/50Hz时的情况。6.Rsense输入端CR6853采用电流模式PWM控制技术，初级峰值电流通过电流检测电阻Rsense转化为电压反馈到Sense端。由于在开关管导通瞬间会有脉冲峰值电流，如果此时采样电流值，会导致错误的控制。内置的前沿消隐（LEB）电路，就是为了防止这种错误的控制。在开关管导通后，经过一段前沿消隐时间（典型300ns）才去控制电流限制比较器，可以为系统节省一个外部的RC网络。如果由于Sense端的电流反馈信号前沿噪声干扰持续时间超过芯片内置的前沿消隐(LEB)时间导致系统性能异常，可以考虑外接R-C网络，但建议R-C的取值不宜过大，否则可能会引起电流反馈信号的失真过大，导致系统启动或输出端短路时MOSFE漏源端电压Vds过高等常见的系统异常现象。推荐R-C网络的取值为：R≤680Ω，C≤1000PF。没有特别的需要，不建议外接R-C网络。正常工作时，PWM占空比由Sense端电压和FB端电压共同调整。7.内置同步斜坡补偿内置同步斜坡补偿电路增加电流检测电压的斜率，这可以改善系统闭环的稳定性，防止电压毛刺产生的次谐波振荡振荡，减小输出纹波电压。CR6853应用指导书67.Gate端驱动：CR6853内置的功率MOSFET通过一个专用的栅极驱动器控制。当提供给MOSFET驱动能力差时会导致高的开关损耗；驱动能力强，EMI特性会变差。这就需要一个折衷的办法来平衡开关损耗和EMI特性，CR6853内置的图腾驱动电路设