探索STCH03：低待機(jī)適配器的離線PWM控制器

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，高效、低功耗的控制器是關(guān)鍵。今天要介紹的STCH03就是一款專為低待機(jī)適配器設(shè)計的離線PWM控制器，它在性能和功能上都有出色的表現(xiàn)。

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一、產(chǎn)品概述

STCH03是一款離線CC模式初級感應(yīng)開關(guān)控制器，適用于離線準(zhǔn)諧振ZVS（零電壓開關(guān)）反激式轉(zhuǎn)換器。它結(jié)合了高性能低壓PWM控制器芯片和650V高壓啟動單元，具有超低待機(jī)功耗（230VAC下低于10mW）、完全集成的初級側(cè)恒流輸出調(diào)節(jié)（CC）等特點。其應(yīng)用范圍廣泛，包括智能手機(jī)、平板電腦等設(shè)備的AC - DC充電器，STB、筆記本電腦的AC/DC適配器以及USB功率傳輸快速充電器等。

從搜索結(jié)果來看，電源管理技術(shù)在不同電子設(shè)備場景下都有重要意義，而 STCH03 在低待機(jī)適配器的電源管理中的優(yōu)勢也十分突出。它的集成化特點符合電源管理技術(shù)的集成趨勢，能以較少的器件實現(xiàn)精密的電源管理控制；其精準(zhǔn)的恒流輸出調(diào)節(jié)對應(yīng)著精準(zhǔn)化趨勢，可有效避免電能過多消耗。

二、引腳連接與功能

引腳分布

STCH03采用SO8封裝，引腳分布清晰。HV引腳用于高壓啟動，能承受650V電壓，直接連接整流后的市電電壓，當(dāng)電壓達(dá)到HV START（典型值50V）時，內(nèi)部7mA電流源為VDD和GND之間的電容充電以啟動IC；NC引腳未內(nèi)部連接，用于滿足PCB安全間距要求；FB引腳是峰值電流控制的輸入，電壓低于V FBB 65mV時啟動突發(fā)模式，高于V FBH 對應(yīng)電流感測閾值最大值；ZCD引腳用于準(zhǔn)諧振操作的變壓器去磁檢測和輸入/輸出電壓監(jiān)測，負(fù)邊沿觸發(fā)MOSFET導(dǎo)通；SENSE引腳連接到PWM比較器，通過與地之間的電阻感測MOSFET電流，與內(nèi)部參考電壓比較確定MOSFET關(guān)斷；GND引腳是電路接地參考和電流返回路徑；GD引腳是外部功率MOSFET的柵極驅(qū)動器；VDD引腳是器件的電源電壓，需連接電解電容，建議并聯(lián)一個0.1μF的小旁路電容。

功能實現(xiàn)

這些引腳相互配合，實現(xiàn)了STCH03的各項功能。例如，ZCD引腳在準(zhǔn)諧振操作中起著關(guān)鍵作用，通過檢測變壓器去磁信號，使MOSFET在合適的時機(jī)導(dǎo)通，降低開關(guān)損耗和電磁干擾。FB引腳則根據(jù)反饋信號調(diào)整峰值電流，實現(xiàn)輸出電壓和電流的精確控制。

三、電氣特性

絕對最大額定值

STCH03的絕對最大額定值規(guī)定了其安全工作范圍。如HV引腳電壓范圍為 -0.3V至650V，IZCD引腳零電流檢測器電流為±3mA等。了解這些參數(shù)對于正確使用和保護(hù)器件至關(guān)重要，工程師在設(shè)計時必須確保器件工作在這些額定值范圍內(nèi)，否則可能導(dǎo)致器件損壞。

電氣參數(shù)

在不同的工作條件下，STCH03有一系列具體的電氣參數(shù)。例如，HV啟動電壓典型值為50V，VDD啟動充電電流在不同階段有所不同，靜態(tài)電流在突發(fā)模式下典型值為290μA等。這些參數(shù)反映了器件的性能特點，工程師可以根據(jù)實際需求進(jìn)行合理選擇和設(shè)計。比如，對于對功耗要求較高的應(yīng)用，可重點關(guān)注靜態(tài)電流等參數(shù)。

搜索結(jié)果顯示，電源的各項參數(shù)對電源設(shè)計和電路性能有著重要影響。對于 STCH03 而言，其電氣參數(shù)同樣在電源設(shè)計中起著關(guān)鍵作用。

啟動與供電參數(shù)

HV 啟動電壓、VDD 啟動充電電流等參數(shù)決定了 STCH03 的啟動過程。合適的啟動參數(shù)能確保在不同輸入電壓條件下，控制器都能穩(wěn)定啟動。例如，HV 啟動電壓的典型值為 50V，當(dāng)輸入電壓達(dá)到該值時，內(nèi)部電流源開始為 VDD 電容充電，進(jìn)而啟動 IC。若該參數(shù)設(shè)置不合理，可能導(dǎo)致啟動失敗或啟動時間過長，影響整個電源系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

運行參數(shù)

靜態(tài)電流、工作電源電流等運行參數(shù)影響著電源的能耗。STCH03 在突發(fā)模式下靜態(tài)電流典型值為 290μA，較低的靜態(tài)電流有助于降低待機(jī)功耗，符合節(jié)能環(huán)保的要求。而工作電源電流則反映了在正常工作狀態(tài)下的能耗情況，工程師需要根據(jù)實際應(yīng)用場景，平衡功耗和性能之間的關(guān)系。

保護(hù)參數(shù)

過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過流保護(hù)等保護(hù)參數(shù)是保障電源系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。以過壓保護(hù)為例，當(dāng)檢測到輸出電壓超過設(shè)定的 OVP 閾值時，控制器會采取相應(yīng)的保護(hù)措施，如停止開關(guān)活動。這些保護(hù)參數(shù)的合理設(shè)置可以避免因異常情況導(dǎo)致的器件損壞，提高電源系統(tǒng)的可靠性。

四、工作模式

啟動模式

當(dāng) VHV 超過 HVSTART 閾值時，高壓啟動單元開始為 VDD 引腳的電解電容充電。當(dāng) VDD 超過 VDD - ON 閾值后，控制器禁用高壓啟動單元并開始切換，向轉(zhuǎn)換器輸出端輸送功率。初始上電時，由于輸出電壓為零，IC 以 CC 模式啟動，無高峰值電流操作，確保輸出電容上的電壓緩慢上升，實現(xiàn)軟啟動功能。在啟動期間（TSU），UVP 保護(hù)被禁用。

主動模式

• 準(zhǔn)諧振（QR）模式（重載）：通過檢測變壓器繞組電壓的負(fù)邊沿，同步 MOSFET 的導(dǎo)通與變壓器去磁過程，使系統(tǒng)工作在變壓器不連續(xù)（DCM）和連續(xù)導(dǎo)通（CCM）的邊界附近。這種模式具有最小的導(dǎo)通損耗、低電磁干擾（EMI）發(fā)射和短路安全特性。
• 谷值跳躍模式（中/輕載）：根據(jù) FB 引腳電壓確定轉(zhuǎn)換器的最大工作頻率。隨著負(fù)載減小，MOSFET 不再在第一個谷值導(dǎo)通，而是在后續(xù)谷值導(dǎo)通，從而限制了開關(guān)頻率的增加。
• 突發(fā)模式（極輕載或空載）：當(dāng)負(fù)載極輕或斷開時，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入受控的開/關(guān)操作，具有恒定峰值電流。隨著負(fù)載減小，頻率降低，可降至幾百赫茲，減少與頻率相關(guān)的損耗，滿足節(jié)能法規(guī)要求，且由于峰值電流低，不會產(chǎn)生可聽噪聲。

停止模式

如果發(fā)生故障或 VDD 降至 VDD - OFF 閾值以下，器件停止開關(guān)活動，重新啟動啟動序列。對于故障情況，除 OVP 保護(hù)可選擇自動重啟或鎖存模式外，其他保護(hù)均為自動重啟模式。

搜索結(jié)果展示了不同領(lǐng)域不同模式的對比情況，這為我們分析 STCH03 不同工作模式的應(yīng)用場景提供了思路。下面將詳細(xì)對比 STCH03 不同工作模式的應(yīng)用場景。

啟動模式應(yīng)用場景

啟動模式主要用于電源系統(tǒng)上電階段。在一些需要頻繁開關(guān)機(jī)的設(shè)備中，如便攜式電子設(shè)備，啟動模式的穩(wěn)定性和軟啟動功能尤為重要。軟啟動可以避免在啟動瞬間產(chǎn)生過大的電流沖擊，保護(hù)設(shè)備內(nèi)部的元器件，延長其使用壽命。同時，在啟動期間禁用 UVP 保護(hù)，可防止因啟動過程中的電壓波動導(dǎo)致誤觸發(fā)保護(hù)機(jī)制，確保啟動過程順利進(jìn)行。

主動模式各子模式應(yīng)用場景

• 準(zhǔn)諧振（QR）模式（重載）：適用于對效率和電磁兼容性要求較高的重載應(yīng)用場景。例如，在服務(wù)器電源、工業(yè)電源等設(shè)備中，由于負(fù)載較重，開關(guān)損耗成為影響電源效率的主要因素。QR 模式通過同步 MOSFET 的導(dǎo)通與變壓器去磁過程，使系統(tǒng)工作在變壓器不連續(xù)（DCM）和連續(xù)導(dǎo)通（CCM）的邊界附近，能夠有效降低導(dǎo)通損耗，提高電源效率。此外，該模式的低電磁干擾（EMI）發(fā)射特性也有助于滿足相關(guān)的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。
• 谷值跳躍模式（中/輕載）：在中/輕載情況下，如筆記本電腦電源、小型充電器等設(shè)備，負(fù)載變化范圍較大。谷值跳躍模式可以根據(jù) FB 引腳電壓確定轉(zhuǎn)換器的最大工作頻率，隨著負(fù)載減小，MOSFET 不再在第一個谷值導(dǎo)通，而是在后續(xù)谷值導(dǎo)通，從而限制了開關(guān)頻率的增加。這種模式可以在保證電源穩(wěn)定輸出的同時，降低開關(guān)損耗，提高電源在中/輕載時的效率。
• 突發(fā)模式（極輕載或空載）：對于一些可能長時間處于待機(jī)狀態(tài)的設(shè)備，如智能家居設(shè)備、智能手表充電器等，突發(fā)模式能夠顯著降低功耗。當(dāng)負(fù)載極輕或斷開時，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入受控的開/關(guān)操作，具有恒定峰值電流。隨著負(fù)載減小，頻率降低，可降至幾百赫茲，減少與頻率相關(guān)的損耗，滿足節(jié)能法規(guī)要求。而且由于峰值電流低，不會產(chǎn)生可聽噪聲，不會對用戶體驗造成影響。

停止模式應(yīng)用場景

停止模式主要用于故障保護(hù)和電源系統(tǒng)異常情況。當(dāng)發(fā)生故障或 VDD 降至 VDD - OFF 閾值以下時，器件停止開關(guān)活動，重新啟動啟動序列。這種模式可以避免因異常情況導(dǎo)致的設(shè)備損壞，提高電源系統(tǒng)的可靠性。在實際應(yīng)用中，如遇到短路、過壓等故障時，停止模式能夠及時切斷電源，保護(hù)設(shè)備安全。

五、保護(hù)功能

過壓保護(hù)（OVP）

監(jiān)測 ZCD 引腳在 MOSFET 關(guān)斷期間的電壓，該電壓反映了轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。當(dāng)檢測到的電壓超過內(nèi)部 2.5V 參考值時，觸發(fā)比較器，判定為過壓情況，設(shè)備停止工作。為防止噪聲干擾和誤觸發(fā)，OVP 比較器需連續(xù)四個振蕩周期觸發(fā)才會停止 STCH03。STCH03 有自動重啟和鎖存兩種模式可供選擇。

欠壓保護(hù)（UVP）

監(jiān)測變壓器去磁結(jié)束時 ZCD 引腳的電壓，與內(nèi)部閾值 V UVP （典型值 0.55V）比較。若電壓降至閾值以下，判定為輸出欠壓，設(shè)備進(jìn)入打嗝模式保護(hù)。同樣，UVP 保護(hù)也需連續(xù)四個振蕩周期觸發(fā)才會停止設(shè)備，并且設(shè)置了 20ms 的消隱時間，避免在輸出電壓上升期間誤觸發(fā)。

過流保護(hù)（OCP）

比較器持續(xù)監(jiān)測 R SENSE 上的電壓，當(dāng)電壓超過 V OCP （典型值 1V）時，激活保護(hù)電路。首次觸發(fā)時進(jìn)入“警告狀態(tài)”，若后續(xù)開關(guān)周期再次觸發(fā)，則判定為真正故障，設(shè)備停止工作。保護(hù)觸發(fā)后，直到 VDD 降至 V DDR 重啟電壓，內(nèi)部啟動發(fā)生器重新為 VDD 電容充電以重啟設(shè)備。

熱關(guān)斷保護(hù)（TSD）

當(dāng) IC 溫度超過關(guān)斷閾值 T SD （典型值 150°C）時，設(shè)備關(guān)斷以防止過熱。VDD 引腳在 VDD - ON 和 V DDR 之間循環(huán)，保持控制器存活。當(dāng)溫度下降到低于重啟溫度 T SD - T HYST 時，IC 重新啟動。

搜索結(jié)果未直接提及 STCH03 保護(hù)功能的重要性及應(yīng)用案例，但我們可以從其他領(lǐng)域的重要性及案例分析中得到啟發(fā)，進(jìn)而探討 STCH03 保護(hù)功能的相關(guān)內(nèi)容。

過壓保護(hù)（OVP）

• 重要性：在電源系統(tǒng)中，輸出電壓過高可能會對連接的負(fù)載設(shè)備造成不可逆的損壞。例如，過高的電壓可能會擊穿電子元件的絕緣層，導(dǎo)致短路或燒毀。STCH03 的過壓保護(hù)功能能夠及時檢測到輸出電壓的異常升高，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，如停止開關(guān)活動，從而避免對負(fù)載設(shè)備和自身造成損害，提高了整個電源系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
• 應(yīng)用案例：在智能手機(jī)充電器中，如果充電器的輸出電壓由于某些原因（如電路故障、元件老化等）突然升高，過壓保護(hù)功能會迅速啟動，切斷輸出，防止過高的電壓對手機(jī)電池和內(nèi)部電路造成損壞。這不僅保護(hù)了手機(jī)的安全，也避免了因充電器故障引發(fā)的安全事故。

欠壓保護(hù)（UVP）

• 重要性：輸出電壓過低可能會導(dǎo)致負(fù)載設(shè)備無法正常工作。例如，在一些對電壓穩(wěn)定性要求較高的電子設(shè)備中，如計算機(jī)主板、服務(wù)器等，欠壓可能會導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)、數(shù)據(jù)丟失等問題。STCH03 的欠壓保護(hù)功能可以在輸出電壓低于設(shè)定閾值時，進(jìn)入打嗝模式保護(hù)，確保在電壓恢復(fù)正常之前，設(shè)備不會繼續(xù)以異常低的電壓運行，從而保護(hù)設(shè)備的正常運行和數(shù)據(jù)安全。
• 應(yīng)用案例：在筆記本電腦的電源適配器中，當(dāng)輸入電壓不穩(wěn)定或出現(xiàn)波動時，可能會導(dǎo)致輸出電壓下降。欠壓保護(hù)功能會在檢測到輸出電壓低于閾值時，暫時停止輸出，等待電壓恢復(fù)正常后再重新啟動。這樣可以避免筆記本電腦因欠壓而出現(xiàn)死機(jī)、藍(lán)屏等問題，保證了用戶的正常使用。

過流保護(hù)（OCP）

• 重要性：過流情況可能是由于負(fù)載短路、過載等原因引起的。過大的電流會導(dǎo)致功率器件發(fā)熱嚴(yán)重，甚至燒毀，同時也會對電源系統(tǒng)的其他元件造成損害。STCH03 的過流保護(hù)功能能夠?qū)崟r監(jiān)測電流大小，當(dāng)電流超過設(shè)定的閾值時，及時采取保護(hù)措施，避免因過流對電源系統(tǒng)造成損壞，延長了設(shè)備的使用壽命。
• 應(yīng)用案例：在工業(yè)自動化設(shè)備中，電機(jī)等負(fù)載可能會出現(xiàn)短路故障。當(dāng)發(fā)生短路時，電流會急劇增大，過流保護(hù)功能會迅速響應(yīng)，切斷電源，保護(hù)電機(jī)和電源模塊不受損壞。同時，通過打嗝模式的間歇性啟動，還可以在故障排除后自動恢復(fù)正常工作，提高了設(shè)備的可用性和生產(chǎn)效率。

熱關(guān)斷保護(hù)（TSD）

• 重要性：IC 溫度過高會影響其性能和可靠性，甚至可能導(dǎo)致芯片損壞。熱關(guān)斷保護(hù)功能可以在 IC 溫度超過設(shè)定的閾值時，自動關(guān)斷設(shè)備，防止過熱對芯片造成損害。同時，在溫度下降到安全范圍后，設(shè)備會自動重啟，保證了系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運行。
• 應(yīng)用案例：在大功率 LED 驅(qū)動電源中，由于 LED 工作時會產(chǎn)生大量的熱量，可能會導(dǎo)致驅(qū)動芯片溫度升高。熱關(guān)斷保護(hù)功能會在芯片溫度過高時，暫時停止工作，降低芯片溫度，保護(hù)芯片不受損壞。當(dāng)溫度下降到安全范圍后，驅(qū)動電源會自動恢復(fù)工作，確保 LED 能夠正常發(fā)光。

六、封裝信息

注：

1. 尺寸“D”不包括模具飛邊、凸起或澆口毛刺，其總高度不得超過 0.15mm（兩側(cè)）。
2. 尺寸“E1”不包括引腳間飛邊或凸起，每側(cè)不得超過 0.25mm。
3. 單位為度。

七、總結(jié)與展望

STCH03 作為一款高性能的離線 PWM 控制器，具有先進(jìn)的功率管理、多種保護(hù)功能和靈活的工作模式，適用于多種 AC - DC 應(yīng)用場景。其低待機(jī)功耗、準(zhǔn)諧振操作和精確的輸出調(diào)節(jié)等特性，使其在電源設(shè)計領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢。

在未來的電源設(shè)計中，隨著電子設(shè)備對電源效率、可靠性和安全性的要求不斷提高，STCH03 有望得到更廣泛的應(yīng)用。同時，工程師們也可以根據(jù)實際需求，進(jìn)一步優(yōu)化電路設(shè)計，充分發(fā)揮 STCH03 的性能優(yōu)勢，開發(fā)出更加高效、穩(wěn)定的電源產(chǎn)品。

你在使用 STCH03 進(jìn)行電源設(shè)計的過程中，是否遇到過一些挑戰(zhàn)或有獨特的設(shè)計經(jīng)驗?zāi)?？歡迎在評論區(qū)分享交流。