FSL126MR：高性能離線開關(guān)電源的理想之選

在電子設(shè)備的電源設(shè)計領(lǐng)域，高性能、高可靠性且成本效益高的開關(guān)電源（SMPS）一直是工程師們追求的目標(biāo)。今天，我們就來深入了解一款專門為此設(shè)計的芯片——FSL126MR。

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一、FSL126MR概述

FSL126MR是一款集成了脈沖寬度調(diào)制器（PWM）和SENSEFET?的芯片，專門為高性能離線開關(guān)電源設(shè)計，其最大的亮點在于只需極少的外部組件就能實現(xiàn)高效的電源轉(zhuǎn)換。它將雪崩耐用的SENSEFET與電流模式PWM控制塊相結(jié)合，形成了一個緊湊而強大的電源解決方案。

二、核心特性

2.1 高性能SENSEFET

內(nèi)部集成的雪崩耐用SENSEFET耐壓高達(dá)650V，能夠承受較高的電壓沖擊，為電源的穩(wěn)定運行提供了堅實的保障。在265V AC、空載且采用突發(fā)模式的情況下，待機功耗低于50mW，這在如今對節(jié)能要求越來越高的市場環(huán)境下顯得尤為重要。

2.2 頻率特性

具備精確的固定工作頻率，同時采用頻率調(diào)制技術(shù)來衰減電磁干擾（EMI）。頻率調(diào)制就像是給電源的電磁干擾穿上了一層“隱身衣”，將能量分散到更寬的頻率范圍，從而降低了在特定頻率上的干擾強度。這使得電源在滿足全球EMI要求時，無需使用昂貴的AC輸入線路濾波器，僅通過成本較低的電感器就能達(dá)到良好的效果。

2.3 多種保護功能

• 過壓保護（OVP）：當(dāng)輸出電壓超過預(yù)設(shè)值時，OVP電路會迅速響應(yīng)，終止開關(guān)操作，保護電路中的元件免受過高電壓的損壞。
• 過載保護（OLP）：當(dāng)負(fù)載電流超過預(yù)設(shè)水平時，OLP電路會在經(jīng)過一定時間的判斷后啟動，確保電源在異常情況下不會因過載而損壞。
• 輸出短路保護（OSP）：一旦檢測到輸出短路，OSP會快速響應(yīng)，通過檢測反饋電壓和SENSEFET的導(dǎo)通時間來判斷異常情況，并及時關(guān)閉PWM開關(guān)，直到VCC再次達(dá)到啟動電壓。
• 異常過流保護（AOCP）：在二次整流二極管或變壓器引腳短路等異常情況下，AOCP能快速檢測到過高的電流變化率，及時關(guān)閉開關(guān)電源，保護SENSEFET免受嚴(yán)重的電流應(yīng)力。
• 內(nèi)部熱關(guān)斷功能（TSD）：當(dāng)芯片溫度超過約137°C時，TSD功能會自動啟動，關(guān)閉電源開關(guān)，防止芯片因過熱而損壞。

2.4 其他特性

• 內(nèi)置軟啟動：典型軟啟動時間為15ms，能夠緩慢增加反饋電壓和SENSEFET電流，避免啟動時的電流沖擊，防止變壓器飽和，降低二次二極管的應(yīng)力。
• 逐脈沖電流限制：確保在每個脈沖周期內(nèi)，電流都不會超過設(shè)定的峰值，提高了電源的穩(wěn)定性。
• 自動重啟模式：當(dāng)故障消除后，電源能夠自動重啟，恢復(fù)正常工作。
• 欠壓鎖定（UVLO）：防止電源在電壓過低時工作，保護電路元件。
• 低工作電流：僅1.8mA，降低了電源自身的功耗。
• 可調(diào)峰值電流限制：通過外部電阻可以靈活調(diào)整SENSEFET的峰值電流限制，滿足不同的應(yīng)用需求。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

FSL126MR適用于多種電子設(shè)備的開關(guān)電源設(shè)計，如VCR、STB、DVD和DVCD播放器等消費電子產(chǎn)品，以及家電適配器等。其廣泛的應(yīng)用范圍得益于它的高性能、高可靠性和成本效益。

四、電氣特性

4.1 SENSEFET部分

• 漏源擊穿電壓（BVDSS）：在VCC = 0V、ID = 250μA的條件下，漏源擊穿電壓高達(dá)650V，保證了SENSEFET在高電壓環(huán)境下的穩(wěn)定性。
• 零柵極電壓漏極電流（loss）：在VDS = 650V、VGS = 0V時，漏極電流最大值為250uA，表明SENSEFET在關(guān)斷狀態(tài)下的漏電非常小。
• 漏源導(dǎo)通電阻（RDS(ON)）：在VGS = 10V、VGS = 0V、TC = 25°C的條件下，典型值為4.9Ω，最大值為6.2Ω，較低的導(dǎo)通電阻可以減少功率損耗。
• 輸入電容（Ciss）、輸出電容（Coss）和反向傳輸電容（CRSS）：這些電容值會影響SENSEFET的開關(guān)速度和效率，在設(shè)計電路時需要綜合考慮。
• 開關(guān)延遲時間：包括導(dǎo)通延遲時間（td(ON)）、上升時間（tr）、關(guān)斷延遲時間（td(OFF)）和下降時間（tf），這些參數(shù)決定了SENSEFET的開關(guān)性能。

4.2 控制部分

• 開關(guān)頻率（fosc）：典型值為67KHz，變化范圍在61 - 73KHz之間，頻率的穩(wěn)定性對于電源的性能至關(guān)重要。
• 開關(guān)頻率變化（Afosc）：在特定條件下，頻率變化范圍為±5% - ±10%，這與電源的穩(wěn)定性和EMI特性密切相關(guān)。
• 頻率調(diào)制（fFM）：頻率調(diào)制范圍為±3KHz，有助于降低EMI。
• 最大占空比（DMAX）：在VFB = 4V時，最大占空比典型值為77%，最大值為83%，占空比的大小決定了電源的輸出功率。
• 最小占空比（DMIN）：在VFB = 0V時，最小占空比為0%。
• 欠壓鎖定閾值電壓（VSTART）：典型值為12V，當(dāng)VCC達(dá)到該值時，電源開始正常工作；停止電壓（VSTOP）典型值為8V，當(dāng)VCC低于該值時，電源停止工作。
• 反饋源電流（IFB）：在VFB = 0V時，典型值為400uA。
• 內(nèi)部軟啟動時間（ts/s）：典型值為15ms，有助于平穩(wěn)啟動電源。

4.3 突發(fā)模式部分

• 突發(fā)模式電壓（VBURH和VBURL）：分別表示進(jìn)入和退出突發(fā)模式的電壓閾值，通過這兩個閾值的設(shè)置，電源可以在輕負(fù)載時進(jìn)入突發(fā)模式，降低功耗。
• 突發(fā)模式滯后電壓（VBUR(HYS)）：典型值為150mV，確保了突發(fā)模式的穩(wěn)定切換。

4.4 保護部分

• 峰值電流限制（LIM）：在TJ = 25°C、di/dt = 300mA/μs的條件下，典型值為1.5A，最大值為1.68A，限制了SENSEFET的最大電流。
• 電流限制延遲時間（tCLD）：典型值為200ns，確保在電流超過限制時能夠快速響應(yīng)。
• 關(guān)斷反饋電壓（VSD）：在VCC = 15V時，典型值為6.0V，當(dāng)反饋電壓達(dá)到該值時，電源會關(guān)斷。
• 關(guān)斷延遲電流（DELAY）：在VFB = 5V時，典型值為5.0μA，用于控制關(guān)斷的延遲時間。
• 過壓保護閾值（VovP）：在VFB = 2V時，典型值為24.0V，當(dāng)VCC超過該值時，過壓保護電路啟動。
• 輸出短路保護（tosp、VOSP和tOSP_FB）：通過檢測反饋電壓和SENSEFET的導(dǎo)通時間來判斷輸出短路情況，確保在短路時能夠及時保護電源。
• 異常過流保護電壓（VAOCP）：在TJ = 25°C時，典型值為1.00V，用于檢測異常過流情況。
• 熱關(guān)斷溫度（TSD）：典型值為137°C，當(dāng)芯片溫度超過該值時，熱關(guān)斷功能啟動。
• 熱關(guān)斷滯后（HYSTSD）：典型值為60°C，確保熱關(guān)斷功能的穩(wěn)定切換。

五、功能描述

5.1 啟動過程

在啟動時，內(nèi)部高壓電流源為內(nèi)部偏置供電，并為連接在VCC引腳的外部電容（CA）充電。當(dāng)VCC達(dá)到12V的啟動電壓時，電源開關(guān)開始切換，內(nèi)部高壓電流源關(guān)閉。此后，只要VCC不低于8V的停止電壓，電源開關(guān)將繼續(xù)正常工作，電源由輔助變壓器繞組提供。

5.2 振蕩器模塊

振蕩器頻率在內(nèi)部設(shè)定，并且電源開關(guān)具有隨機頻率波動功能。這種頻率波動可以將開關(guān)電源的能量分散到更寬的頻率范圍，從而降低EMI。頻率變化范圍在內(nèi)部固定，但具體的選擇由外部反饋電壓和內(nèi)部自由運行振蕩器的組合隨機決定。

5.3 反饋控制

FSL126MR采用電流模式控制，通常使用光耦合器（如FOD817A）和并聯(lián)穩(wěn)壓器（如KA431）來實現(xiàn)反饋網(wǎng)絡(luò)。通過比較反饋電壓和RSENSE電阻上的電壓，可以控制開關(guān)占空比。當(dāng)輸入電壓增加或輸出負(fù)載減小時，反饋電壓下降，占空比減小。

5.4 前沿消隱（LEB）

在內(nèi)部SENSEFET導(dǎo)通的瞬間，初級側(cè)電容和次級側(cè)整流二極管的反向恢復(fù)會導(dǎo)致通過SENSEFET的高電流尖峰。為了避免這種尖峰對電流模式PWM控制產(chǎn)生錯誤反饋，電源開關(guān)采用了前沿消隱電路，在SENSEFET導(dǎo)通后的短時間內(nèi)抑制PWM比較器。

5.5 保護電路

FSL126MR的保護電路是其一大亮點，包括過載保護、過壓保護、輸出短路保護、欠壓鎖定、異常過流保護和熱關(guān)斷等功能。這些保護電路在IC內(nèi)部完全集成，無需外部組件，提高了可靠性且不增加成本。一旦發(fā)生故障，開關(guān)停止工作，SENSEFET保持關(guān)斷，VCC下降。當(dāng)VCC達(dá)到UVLO停止電壓時，保護復(fù)位，內(nèi)部高壓電流源通過VSTR引腳為VCC電容充電，當(dāng)VCC達(dá)到UVLO啟動電壓時，電源開關(guān)恢復(fù)正常工作。

5.6 軟啟動

內(nèi)部軟啟動電路在啟動后緩慢增加反饋電壓和SENSEFET電流，典型軟啟動時間為15ms。這有助于防止變壓器飽和，降低二次二極管的應(yīng)力，使電源能夠平穩(wěn)啟動。

5.7 突發(fā)模式操作

為了在待機模式下最小化功耗，F(xiàn)SL126MR進(jìn)入突發(fā)模式。當(dāng)負(fù)載減小時，反饋電壓下降，當(dāng)反饋電壓低于VBURH時，設(shè)備自動進(jìn)入突發(fā)模式。在突發(fā)模式下，開關(guān)繼續(xù)工作，但電流限制在內(nèi)部固定，以最小化變壓器中的磁通密度。當(dāng)反饋電壓低于VBURL時，開關(guān)停止，輸出電壓開始下降，反饋電壓上升。當(dāng)反饋電壓超過VBURH時，開關(guān)恢復(fù)工作，如此循環(huán)，交替啟用和禁用SENSEFET的開關(guān)，降低了待機模式下的開關(guān)損耗。

5.8 峰值電流限制調(diào)整

通過在電流限制引腳（IPK）連接外部電阻（Rx），可以調(diào)整SENSEFET的峰值電流限制。FSL126MR的典型SENSEFET峰值電流限制為1.5A，通過合理選擇Rx的值，可以將峰值電流限制調(diào)整到所需的值。

六、機械封裝

FSL126MR采用PDIP8封裝，尺寸為9.42x6.38，引腳間距為2.54P。這種封裝形式便于焊接和安裝，適用于各種電路板設(shè)計。

七、總結(jié)

FSL126MR以其豐富的功能、高性能和高可靠性，成為了高性能離線開關(guān)電源設(shè)計的理想選擇。無論是在消費電子產(chǎn)品還是家電適配器等領(lǐng)域，它都能夠提供穩(wěn)定、高效的電源解決方案。作為電子工程師，在設(shè)計開關(guān)電源時，不妨考慮一下FSL126MR，相信它會給你的設(shè)計帶來意想不到的效果。你在使用類似芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。