ALTAIR05T - 800離線全初級感應(yīng)開關(guān)穩(wěn)壓器：設(shè)計與應(yīng)用解析

在電源管理領(lǐng)域，高效、穩(wěn)定且安全的開關(guān)穩(wěn)壓器一直是電子工程師們追求的目標(biāo)。今天，我們來深入探討一款名為ALTAIR05T - 800的離線全初級感應(yīng)開關(guān)穩(wěn)壓器，它在諸多方面展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢，適用于多種應(yīng)用場景。

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一、產(chǎn)品概述

ALTAIR05T - 800是一款高壓全初級感應(yīng)開關(guān)器，旨在以最少的外部元件直接從整流市電運(yùn)行。它將低壓、高性能PWM控制器芯片和800V雪崩堅固功率部分集成在同一封裝中，能夠提供恒壓（CV）和恒流（CC）輸出調(diào)節(jié)，無需光耦，在重載瞬變期間也能實(shí)現(xiàn)緊密調(diào)節(jié)。

二、產(chǎn)品特點(diǎn)剖析

1. 恒壓恒流輸出調(diào)節(jié)：采用初級感應(yīng)反饋實(shí)現(xiàn)CV/CC調(diào)節(jié)，無需光耦、次級電壓參考和電流傳感器，卻能在重載瞬變時保持精確調(diào)節(jié)。這不僅簡化了電路設(shè)計，還提高了系統(tǒng)的可靠性。大家在設(shè)計類似電路時，是否考慮過這種無傳感器調(diào)節(jié)方式對成本和性能的影響呢？
2. 準(zhǔn)諧振（QR）操作：通過變壓器去磁感應(yīng)輸入實(shí)現(xiàn)MOSFET導(dǎo)通同步，使系統(tǒng)工作在變壓器不連續(xù)（DCM）和連續(xù)導(dǎo)通（CCM）邊界附近。這種操作方式能帶來最小的導(dǎo)通損耗、低EMI發(fā)射和短路安全特性。在實(shí)際應(yīng)用中，如何充分發(fā)揮QR操作的優(yōu)勢，減少電磁干擾，是我們需要思考的問題。
3. 低待機(jī)功耗：在輕載或空載時，設(shè)備進(jìn)入受控的突發(fā)模式操作，結(jié)合內(nèi)置的高壓啟動電路和低工作電流，可將待機(jī)功耗降至最低。這對于需要長時間待機(jī)的設(shè)備來說，無疑是一個重要的優(yōu)勢。
4. 自動自供電：芯片能夠直接從整流市電獲取電源，尤其在CC調(diào)節(jié)期間，當(dāng)繞組產(chǎn)生的反激電壓低于UVLO閾值時，這種自供電功能顯得尤為重要。不過，如果需要滿足最嚴(yán)格的節(jié)能要求，還是需要通過輔助繞組供電。
5. 輸入電壓前饋：實(shí)現(xiàn)與市電無關(guān)的CC調(diào)節(jié)，補(bǔ)償電流傳感電路的內(nèi)部延遲，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。

三、引腳連接與功能

ALTAIR05T - 800采用SO16N封裝，各引腳具有不同的功能：

1. SOURCE（1、2腳）：功率部分源極和PWM比較器輸入，通過檢測電阻上的電壓來確定MOSFET的關(guān)斷事件。該引腳還具備250ns的消隱時間，以提高抗干擾能力。
2. Vcc（3腳）：設(shè)備的供電電壓，通過內(nèi)部高壓啟動發(fā)生器對連接在該引腳和地之間的電解電容充電。在芯片工作時，如果輔助繞組提供的電壓不足，啟動發(fā)生器會繼續(xù)為電容充電。
3. GND（4腳）：信號部分和柵極驅(qū)動的接地引腳，所有偏置元件的接地連接都應(yīng)連接到該引腳，且要與脈沖電流回路分開。
4. IREF（5腳）：CC調(diào)節(jié)環(huán)路的參考電壓，需要外接電容，內(nèi)部電路會在該電容上產(chǎn)生一個電壓，作為CC調(diào)節(jié)期間MOSFET峰值漏極電流的參考。
5. ZCD/FB（6腳）：變壓器去磁感應(yīng)和輸入/輸出電壓監(jiān)測引腳，負(fù)向邊沿觸發(fā)MOSFET導(dǎo)通事件，同時監(jiān)測該引腳在導(dǎo)通期間的電流，以實(shí)現(xiàn)輸入電壓前饋和CC調(diào)節(jié)。
6. COMP（7腳）：內(nèi)部跨導(dǎo)誤差放大器的輸出，通過連接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)電壓控制環(huán)路的穩(wěn)定性和良好的動態(tài)性能。
7. CDC（8腳）：電纜壓降補(bǔ)償輸入，在CV調(diào)節(jié)期間，通過連接電阻到ZCD/FB引腳，可以補(bǔ)償輸出電纜上的電壓降。
8. DRAIN（13 - 16腳）：內(nèi)部功率部分的漏極連接，同時也是內(nèi)部高壓啟動發(fā)生器的電流吸收引腳，這些引腳連接到內(nèi)部金屬框架，便于散熱。

四、電氣特性

文檔中詳細(xì)列出了該設(shè)備的各項(xiàng)電氣特性參數(shù)，包括功率部分、高壓啟動發(fā)生器、供電電壓、供電電流、啟動定時器、零電流檢測器、線路前饋、跨導(dǎo)誤差放大器等方面。這些參數(shù)是我們在設(shè)計電路時的重要依據(jù)，例如，功率MOSFET的V(BR)DSS最小值為800V，典型RDS(on)為11Ω，這決定了其在高壓環(huán)境下的工作能力和導(dǎo)通損耗。

五、應(yīng)用信息

1. 多模式操作
   • 重載時的QR模式：系統(tǒng)工作在變壓器DCM和CCM邊界附近，開關(guān)頻率隨線路/負(fù)載條件變化，具有最小導(dǎo)通損耗、低EMI發(fā)射和短路安全特性。
   • 中/輕載時的谷跳模式：根據(jù)COMP引腳電壓定義轉(zhuǎn)換器的最大工作頻率，隨著負(fù)載減小，MOSFET導(dǎo)通事件發(fā)生在后續(xù)谷值，避免開關(guān)頻率升高。
   • 無負(fù)載或極輕負(fù)載時的突發(fā)模式：轉(zhuǎn)換器進(jìn)入受控的開/關(guān)操作，恒定峰值電流，負(fù)載減小會導(dǎo)致頻率降低，可將頻率相關(guān)損耗降至最低，符合節(jié)能法規(guī)要求。
2. 功率部分和柵極驅(qū)動：功率部分保證在指定能量額定值內(nèi)的安全雪崩操作和高dv/dt能力，柵極驅(qū)動在導(dǎo)通和關(guān)斷期間提供受控的柵極電流，以最小化共模EMI。在UVLO條件下，內(nèi)部下拉電路確保功率MOSFET不會意外導(dǎo)通。
3. 高壓啟動發(fā)生器：當(dāng)輸入大容量電容電壓高于啟動閾值（典型50VDC）時，通過DRAIN引腳為VCC引腳的電容充電。當(dāng)Vcc電壓達(dá)到啟動閾值（典型13V）時，芯片開始工作，高壓啟動發(fā)生器關(guān)閉。
4. 零電流檢測和觸發(fā)塊：檢測變壓器去磁，通過ZCD/FB引腳的負(fù)向邊沿觸發(fā)MOSFET導(dǎo)通。觸發(fā)塊在MOSFET關(guān)斷后有消隱時間，以防止誤觸發(fā)。開關(guān)頻率限制在166kHz，以避免輕載和高輸入電壓時頻率過高。
5. 恒壓操作：通過輔助繞組的電壓分壓來感測輸出電壓，在變壓器去磁結(jié)束時采樣和保持ZCD/FB引腳的電壓，與內(nèi)部參考電壓比較。COMP引腳用于頻率補(bǔ)償，輸出電壓可根據(jù)公式計算。
6. 恒流操作：利用輔助繞組的輸出電壓生成MOSFET開關(guān)的控制信號，通過電容CREF上的電壓來控制平均輸出電流，輸出電流與輸入或輸出電壓、變壓器電感值無關(guān)。
7. 電壓前饋塊：補(bǔ)償電流傳感電路的內(nèi)部延遲，實(shí)現(xiàn)與市電無關(guān)的CC調(diào)節(jié)。通過計算RZCD電阻值，可使峰值漏極電流與輸入電壓無關(guān)。
8. 電纜壓降補(bǔ)償（CDC）：補(bǔ)償輸出電纜上的電壓降，通過連接電阻到ZCD/FB引腳，增加CV調(diào)節(jié)設(shè)定點(diǎn)。CDC塊作為外部控制環(huán)路，需要注意其對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。
9. 輕載或空載時的突發(fā)模式操作：當(dāng)COMP引腳電壓低于閾值時，設(shè)備進(jìn)入突發(fā)模式，以最小能量傳輸工作，降低頻率相關(guān)損耗，符合節(jié)能要求。
10. 軟啟動和啟動塊：由恒流塊自動實(shí)現(xiàn)軟啟動功能，在啟動時限制初級峰值電流，使輸出電容電壓緩慢上升。
11. 打嗝模式過流保護(hù)（OCP）：保護(hù)設(shè)備免受二次整流器短路、二次繞組短路或變壓器飽和的影響。當(dāng)檢測到故障時，設(shè)備進(jìn)入打嗝模式，間歇性工作，降低功率電路的應(yīng)力。

六、典型應(yīng)用與效率

文檔給出了一個5W寬范圍市電CC/CV電池充電器的典型應(yīng)用電路，并列出了在115VAC和230VAC輸入電壓下不同負(fù)載時的效率數(shù)據(jù)。平均效率分別為77.79%和74.12%，這為我們評估該設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中的性能提供了參考。

七、封裝信息

ST提供不同環(huán)保等級的ECOPACK?封裝，以滿足環(huán)境要求。SO16N封裝的詳細(xì)機(jī)械數(shù)據(jù)在文檔中給出，包括尺寸的最小、典型和最大值，這對于PCB設(shè)計時的布局和安裝非常重要。

八、總結(jié)

ALTAIR05T - 800是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的離線全初級感應(yīng)開關(guān)穩(wěn)壓器，具有多種先進(jìn)的功能和保護(hù)特性，適用于手機(jī)和其他手持設(shè)備的AC - DC充電器以及需要精確電流和/或電壓調(diào)節(jié)的緊湊型SMPS。在設(shè)計應(yīng)用電路時，我們需要充分了解其特點(diǎn)和電氣特性，合理選擇引腳連接和參數(shù)設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和可靠性。同時，注意PCB布局的合理性，遵循相關(guān)的布局建議，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。大家在實(shí)際使用過程中，是否遇到過類似產(chǎn)品的應(yīng)用問題，又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。