G5XXX應(yīng)用設(shè)計(jì)指導(dǎo)

1、GXXX系列數(shù)字電源 IC 應(yīng)用注意事項(xiàng)GXXX應(yīng)用設(shè)計(jì)指導(dǎo)數(shù)字初級(jí)反饋開關(guān)電源應(yīng)用產(chǎn)品特點(diǎn)數(shù)字初級(jí)反饋技術(shù)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，去除光耦典型應(yīng)用 230VAC 下空載功耗小于30mW準(zhǔn)諧振工作模式，提高整體效率，可工作區(qū)間大優(yōu)化的 90kHz 最大開關(guān)頻率EMI 設(shè)計(jì)容易，輕松滿足全球 EMI 標(biāo)準(zhǔn)整個(gè)線電壓和負(fù)載范圍內(nèi) CV 和 CC 精度可達(dá)到3%用戶可以外設(shè)配置5 級(jí)線纜補(bǔ)償（ CDC ），設(shè)計(jì)靈活自適應(yīng)多模式PWM/PFM 控制，提高效率不需外部環(huán)路補(bǔ)償元件低啟動(dòng)電流（典型值6uA ）內(nèi)置軟啟動(dòng)功能滿足最新最嚴(yán)的能源等級(jí)要求外部（合封產(chǎn)品內(nèi)部）過溫保護(hù)、過壓保護(hù)專用 Pin 腳，可輕設(shè)置輸出

2、OVP 電壓，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn) OVP內(nèi)置輸出短路保護(hù)、輸出過壓保護(hù)、過流保護(hù)、電流采樣電阻短路保護(hù)、輸1 of 16G5XXX 系列數(shù)字電源 IC 應(yīng)用注意事項(xiàng)出電壓低于 3V （輸出為 5V 時(shí)）保護(hù)保護(hù)有 Latch / Auto recovery 兩種方式可選整個(gè)工作范圍內(nèi)無音頻噪聲產(chǎn)品單封芯片來SOP-8封裝，內(nèi)置 MOS合封產(chǎn)品為 SOP-7、DIP-8 兩種封裝引腳說明歲先生SOP8 Package1） Pin1 （ Vsense ）是電壓反饋信號(hào)采樣腳，高輸入阻抗。為了消除該腳的寄生電感產(chǎn)生的振蕩，應(yīng)串聯(lián)一個(gè)1k 左右的電阻，該電阻應(yīng)靠近IC 的 Pin1腳，連接線盡量短。2） Pin

3、2 （ SD ）是外部 Shutdown 控制腳，通過該腳對(duì)地接一個(gè)NTC 電阻用于外部過溫保護(hù)，不用時(shí)懸空處理。3） Pin3 （ CFG ）是一個(gè)多功能腳。用于外部線纜補(bǔ)償（CDC ）配置和過壓保護(hù)，通過這個(gè)腳可以做到輸出高精度OVP 設(shè)置。4） Pin4 （ ASU ）有源啟動(dòng)電路控制信號(hào)腳，外加一個(gè)耗盡管可以有效降低電源待機(jī)功耗。5） Pin5 （Isense ）是初級(jí)電流信號(hào)采樣腳。6） Pin6 （ Output ）是外置 MOSFET 管的驅(qū)動(dòng)腳。7） Pin7 （ GND ）IC 地8） Pin8 （ VDD ）是 IC 的供電腳。該腳能夠承受的電壓有限，盡量地旁路高頻噪聲，需

4、要接一個(gè)高頻濾波電容到 Pin7 （GND ），該電容引腳走線應(yīng)短和寬，盡量靠近IC ，使該電容能更好的消除高頻干擾。 VDD 工作電壓范圍要小于16V ，大于 5.5V 。推薦工作電壓Rev 1.02 of 16G5XXX 系列數(shù)字電源 IC 應(yīng)用注意事項(xiàng)范圍 814V 。要保證空載及負(fù)載切換時(shí)VDD 不低于 V DD(UVL) 而重啟，滿載時(shí)VDD 不超過最大允許值。SOP7 PackageDIP8 Package9） Pin1 （ VDD ）IC 供電腳10 ）Pin2 （CFG ）線補(bǔ)及 OVP 設(shè)置腳11）Pin3 （Vsense ）電壓反饋信號(hào)采樣腳12 ）Pin4 （Isense

5、 ）初級(jí)電流采樣腳，內(nèi)部MOS S 極13 ）Pin5 、Pin6 （Drain ）內(nèi)置 MOSFET D 極14 ）Pin7 、（ 8） IC 地注意事項(xiàng)同 1-8 所對(duì)應(yīng)事項(xiàng)相一至。典型應(yīng)用電路圖 3-1G5199_5V3A典型應(yīng)用方案3 of 16歲先生圖 3-2G5238F_5V3A 典型應(yīng)用方案設(shè)計(jì)事項(xiàng)4.1 確定設(shè)計(jì)規(guī)格，選擇產(chǎn)品型號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)格包括：輸出電壓 Vout ；輸出 OVP 保護(hù)電壓；最大輸出電流Iout_max ；最大輸入電壓Vin_max ；最小輸入電壓Vin_min ；輸入線電壓頻率fline ；紋波規(guī)范 Ripple specification 。外推 NMOS 產(chǎn)

6、品型號(hào)包括：產(chǎn)品型號(hào)描述G5199-02Vout 8V； Pout 25W； OVP/OTP Auto recoveryG5199-03Vout 8V ； Pout 25W； OVP/OTPlatchG5198-02Vout 8V； Pout 40W； OVP/OTPG5198-03Vout 8V； Pout 40W； OVP/OTPlatchRev 1.04 of 16G5XXX 系列數(shù)字電源 IC 應(yīng)用注意事項(xiàng)內(nèi)置 MOS 產(chǎn)品型號(hào)包括：產(chǎn)品型號(hào)描述G5236F(T)SOP-7Pout 12WOVP/OTPAuto recoveryG5237F(T)SOP-7Pout 15WOVP/OTP

7、Auto recoveryG5238F(T)SOP-7Pout 20WOVP/OTPAuto recoveryG5136P(T)DIP-8Pout 12WOVP/OTPAuto recoveryG5137P(T)DIP-8Pout 18WOVP/OTPAuto recoveryG5138P(T)DIP-8Pout 24WOVP/OTPAuto recovery*帶后綴帶 T 的產(chǎn)品內(nèi)置 OTP 功能， OTP 保護(hù)點(diǎn)設(shè)置為 140 *變壓器設(shè)計(jì)見設(shè)計(jì)模板（ G5199_G5198Calculator ）4.2 匝數(shù)比在 PFM 模式下的變壓器最大主次級(jí)匝比由最小可檢測(cè)的復(fù)位時(shí)間來確定。VIN

8、TONPFMN TR(max)VOUTTRESET (min)4-1在諧振模式中，較高匝比具有較低的 VDS 導(dǎo)通電壓，這意味著較少的開關(guān)導(dǎo)通功率損耗。還要考慮高匝比對(duì) MOSFET （VDS ）的電壓應(yīng)力增加的影響，以及低匝比對(duì)輸出二極管上的電壓應(yīng)力增加的影響。4.3 最大輸入伏秒值 V IN TON傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式是，最大輸入伏秒值要滿足在滿負(fù)荷和最低輸入電壓條件。1TP (QR min)100kHz4-2TP (QR min)1TRES110kHz4-3TRES 為如圖 VDS 的諧振周期， TRES 可估計(jì)為約 2us 為起點(diǎn)。5 of 16應(yīng)用注意事項(xiàng)圖 4-1 VDS 諧振周期在滿足

9、這兩個(gè)條件后（ VINTON ）最大可通過下式確定1VIN TON maxf SW(max op)11VINDC (min)NTRVOUT4-4Where， f SW (max op )1TP (QR min)V INDC （min ） 是大容量電容的最小輸入電壓。為了避免在正常工作期間輸入欠壓檢測(cè)，V INDC （ min ）應(yīng)高于輸入欠壓關(guān)斷限制進(jìn)行設(shè)定。為了保證足夠的余量值，通常：VIN TON maxVIN TON lim it0.854-54.4 勵(lì)磁電感盡管恒定電流限制不依賴于勵(lì)磁電感，但勵(lì)磁電感對(duì)其仍有限制。電源的最大輸出功率需通過LM 來調(diào)節(jié)。由下式給出：VIN TON2f s

10、w(max op)maxLM (max)PXFMR (max)24-6PXFMR (max)VOUTI OUTX4-7Rev 1.06 of 16G5XXX 系列數(shù)字電源 IC 應(yīng)用注意事項(xiàng) 是變壓器的效率。最小 LM由最大初級(jí)峰值電流決定。最大I電壓對(duì)應(yīng)V。SENSEIPK(HIGH)因此， LM 的下限為：2PXFMR (max)L M (min)2f SW(max op)VIPK ( HIGH )RISENSE4-84.5 初級(jí)繞組為了保證變壓器飽和時(shí)不能超過最大磁通密度。因此，最低初級(jí)繞組必須滿足VIN TONmaxN PRIAeBmax4-9Bmax 是最大磁通密度， Ae 為磁場(chǎng)面

11、積。4.6 次級(jí)繞組從初級(jí)繞組的匝數(shù)，得到次級(jí)繞組N PRIN SECN TR4-104.7 輔助繞組和 VDD電容輔助繞組提供的VDD 電壓應(yīng)低于 14V，確保正常工作期間VDD不超過 14VNBIASN SEC (VDDVFD )VOUT4-11VDD 電容（ CVDD）在正常工作時(shí)給IC 供電，并在啟動(dòng)之前檢測(cè)其電壓以確保啟動(dòng)和運(yùn)行的電壓范圍。啟動(dòng)時(shí)間由此電容充電情況決定。輸出電壓調(diào)節(jié)主要由反饋信號(hào)Vsense確定。VSENSEVOUT _ PCBK SENSE4-127 of 16G5XXX 系列數(shù)字電源 IC 應(yīng)用注意事項(xiàng)RbvsnsNVsense4-13K SENSERtvsnsN

12、 SECRbvsns在 IC 內(nèi)部， Vsense比較參考電壓 Vsense為 1.538V，從這里我們可以得到需要的 Rbvsns和 Rtvsns的比例。4.8 電流檢測(cè)電阻Isense 電阻決定電源的最大輸出電流。I OUT1TRESET4-14N TR I PRI ( pk )TPERIOD2當(dāng)輸出最大電流時(shí)， Isense 引腳電壓 Visense 應(yīng)達(dá)到最大。因此，在恒定電流時(shí)I PRI (PK )VIsense(CC )4-15RIsense4.9 CFG引腳配置G5XXX可以通過外部（ CFG腳）配置線纜壓降補(bǔ)償（ CDC）功能。該 CDC 配置在初始 OTP檢測(cè)之后、軟啟動(dòng)之前

13、完成，并且只執(zhí)行一次。在 CDC配置執(zhí)行期間，內(nèi)部數(shù)字控制模塊采樣外部 CFG腳和地之間的電阻值，然后設(shè)置相應(yīng)的 CDC等級(jí)，來補(bǔ)償次級(jí)電路的線壓降。 G5XXX系列產(chǎn)品提供 5 級(jí) CDC配置：0、75mV、150mV、300mV、450mV；5 級(jí) CDC的電阻 RCDC 范圍如下表，一般要求 RCDC選擇可選范圍的中間值。 線纜補(bǔ)償是基于 5V 輸出電壓計(jì)算得出， 其他電壓補(bǔ)償為輸出電壓與 5V 的倍數(shù)再乘上所選 CDC值。CDC Level12345RCDC Range0-2.202.37 3.213.40 4.644.87 6.656.98 （ k）X*Cable Comp07515

14、0300450（mV ）VSENSE -basedOVP Threshold1.8381.8611.8841.9301.976（V）Rev 1.08 of 16G5XXX 系列數(shù)字電源 IC 應(yīng)用注意事項(xiàng)The resistance can be as high as 100k,provided CFG pin does not float, which causes device to shut down.CFG引腳除了執(zhí)行CDC配置外，還可以用來提供外部過壓保護(hù)（OVP）功能。外部基于 CGF的 OVP是基于 VSENSE的 OVP的額外保護(hù)功能。來自分壓器的兩個(gè)電阻 R1 和 R2 通過

15、輔助繞組來采樣輸出電壓，其分壓抽頭連接到CFG腳。在 CDC配置期間， G5XXX不發(fā)送任何驅(qū)動(dòng)信號(hào)到 OUTPUT腳，并且開關(guān)功率管一直處于 OFF。電阻 R1 和 R2 實(shí)際上處于并聯(lián)，所以并聯(lián)電阻 R1 和 R2 設(shè)置 CDC級(jí)別。同時(shí)，在正常工作狀態(tài)， CFG腳實(shí)時(shí)反映輸出電壓， R1 和 R2 比率決定外部 OVP閾值。分壓電阻 R1 和 R2 的阻值可以從下面得出。首先，對(duì)于給定 CDC等級(jí)，并聯(lián)電阻R1和 R2滿足RCDCR1R2R1R2其次，正常工作時(shí)R1 和 R2決定 OVP閾值：N AUXVOVPR2VSD _TH (R)NSECR2R1因此，有N AUXRCDCVOVPR

16、1VSD _TH ( R)N SECR2R1RCDCR1RCDC4-164-174-184-194.10 外部 OTPG5199（8）單封 IC 可以通過在 SD腳和地之間連接一個(gè) NTC電阻來提供外部過溫保護(hù)（ OTP）功能。 SD腳內(nèi)部有一 100uA 電流源，其產(chǎn)生一個(gè)和 NTC電阻成比例的電壓。高溫下 NTC電阻變小，其得到 SD腳電壓變低。如果 SD腳電壓降到低于內(nèi)部閾值，這時(shí) OTP觸發(fā)， G5199（8）關(guān)機(jī)。在 G5199（ 8）中，外部OTP通過兩個(gè)閾值設(shè)置滯回作用。啟動(dòng)前， SD腳電壓低于 1.2V 時(shí) OTP觸發(fā)。9 of 16G5XXX 系列數(shù)字電源 IC 應(yīng)用注意事項(xiàng)

17、否則開始 CDC配置及正常軟啟動(dòng)過程。 在正常工作期間， OTP閾值切換到 1.0V，只有當(dāng) SD腳電壓低于 1.0V 才關(guān)機(jī)。正常工作期間， 外部 OVP和 OTP檢測(cè)每八個(gè)周期交替一次。 在 OVP檢測(cè)的八個(gè)周期窗口期間， CFG腳電壓提供給內(nèi)部比較器的同相輸入端。如果該腳電壓在連續(xù)數(shù)個(gè)周期中高于相應(yīng)的點(diǎn) 1.015V，則 OVP觸發(fā)。相反地，在外部 OTP檢測(cè)窗口期間，如果 SD腳電壓在連續(xù)數(shù)個(gè)周期中低于 1.0V，則 OTP觸發(fā)，并關(guān)機(jī)。SD腳和 CFG腳可以提供不同類型應(yīng)用，如下圖：圖 4-2 SD及 CFG腳配置內(nèi)置 MOS 合封產(chǎn)品，內(nèi)置OTP保護(hù)功能，無需外部設(shè)置輸出電壓 OV

18、P的測(cè)試方法，建議參考以下電路，可以采用調(diào)大取樣上偏電阻或調(diào)小下偏電阻的方法來確認(rèn)，不建議用短路下偏電阻的方法來測(cè)試，具體原因我司“ PSR產(chǎn)品輸出 OVP測(cè)試方法”。圖 4-3OVP電壓測(cè)試圖Rev 1.010 of 16G5XXX 系列數(shù)字電源 IC 應(yīng)用注意事項(xiàng)4.11 輸入大電容輸入大電容 CBULK需要保持在電壓下降時(shí)依然有足夠的輸入功率保持恒定的輸出功率。因此CBULK必須是：2 PIN1VINDC min0.25arcsinVINAC minCBULK2222f line2VINAC minVINDC minVOUTCablePINpower sup ply4-204-21VIN

19、AC(MIN)是輸入到電源的最小輸入電壓 （有效值），F(xiàn)LINE是最低電源頻率（47赫茲）。4.12 輸出電容輸出電容影響電源的穩(wěn)態(tài)紋波和動(dòng)態(tài)響應(yīng)假設(shè)一個(gè)理想的電容器的ESR（等效串聯(lián)電阻）和ESL（等效串聯(lián)電感）可以忽略不計(jì)，然后：COUT ( SteadyState)QOUTVOUT ( ripple )4-22輸出電容器給負(fù)載供電時(shí)，次級(jí)電流輸出L MI SEC pk2I OUTQOUTN TR2VOUT2X4-23ISEC(pk)為VINTON MAXNTR XI SEC ( pk )L M4-24在這種計(jì)算中 ESR和 ESL被忽略；假設(shè)負(fù)載從空載到輸出電流（高） 。輸出電容（ Co

20、ut（動(dòng)態(tài)）和 Vdrop（ IC）之間的關(guān)系C OUT ( Dynamic )I OUT (HIGH )TP (Noload )VDROP( IC )4-2511 of 16G5XXX 系列數(shù)字電源 IC 應(yīng)用注意事項(xiàng)在 VDynamic（DROP）是允許的最大電壓降為設(shè)計(jì)過程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)， VDROPCable）是由于電纜電阻的電壓降，并 VDROP（ sense）是在電壓下降到之前的信號(hào)是足夠低的注冊(cè)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。I OUT ( HIGH ) TP( Noload )COUT (Dynamic )VDROP (Cable)VDROP ( sense)VDynamic (DROP )4-26在

21、 TP（ Noload）是無負(fù)載條件下的最大的周期RPr eloadVIN2TP ( Noload )TON PFM2LV2Noload4-27MOUT在 COUT(Dynamic)和 COUT(SteadyState)之間選擇較大的電容值。5 PCB Layout規(guī)則規(guī)則 1：凡是高 dV/dt 的信號(hào)不能靠近高阻抗管腳；凡是高 dI/dt 的信號(hào)不能平行于高阻抗管腳走線；一般是通過縮短高阻抗管腳的走線來實(shí)現(xiàn)；高阻抗管腳的濾波電容一定要靠近IC 。否則將降低濾波功能，可能失去濾波功能。濾波電容和IC 的 GND 的連接，最好避開大信號(hào)的走線，越短越好。G5199 有兩個(gè)重要的信號(hào)控制輸出性能

22、， Vsense 和 Isense 。Isense 電阻應(yīng)接近 MOSFET 的源級(jí)以避免被其他信號(hào)干擾。同時(shí)， Isense 電阻應(yīng)靠近 Isense 引腳放置。 Vsense 信號(hào)應(yīng)盡量靠近變壓器以提高傳感信號(hào)的質(zhì)量。 Vsense 腳是高輸入阻抗腳。建議在該 Pin 上直接串一電阻（ 1k 左右），電阻要盡量靠近Vsense Pin ，防止高頻諧振。規(guī)則 2：高能量的振蕩源的處理。這些振蕩源的銅皮走線應(yīng)盡量小，不過要考慮散熱的問題。同時(shí)， Vsense Pin ，Isense Pin 及其相關(guān)元件，要遠(yuǎn)離這些高能量的振蕩源。 AC 端濾波環(huán)路也要遠(yuǎn)離這些高能量的振蕩源。電路中高能量的振蕩

23、源有（圖中綠色標(biāo)記）：Rev 1.012 of 16應(yīng)用注意事項(xiàng)歲先生圖 5-1 高能量的振動(dòng)源規(guī)則 3：注意高頻濾波電容的銅皮走線。電容要靠近IC 且 Pin 腳的走線要盡量短和粗，從而達(dá)到最佳的濾波效果。高頻濾波電容有：1） VDD Pin 與 GND 之間，建議放置一個(gè)100nF 陶瓷電容，選用 X7R 系列或以上產(chǎn)品；2） Vsense Pin 與 GND 之間，在 Vsense Pin 上的串聯(lián)電阻之后，建議放置一個(gè)10pF100pF 陶瓷電容，選用X7R 系列或以上產(chǎn)品3） 選用外部精準(zhǔn) OVP 功能 時(shí)， CFG Pin 與 GND 之間，建 議放置一 個(gè) 10pF-100pF

24、陶瓷電容，選用 X7R 系列或以上產(chǎn)品規(guī)則 4：初級(jí)地線的走法：從變壓器看，存在 3 個(gè)繞組。他們之間都存在高頻電流的流動(dòng)，可以看成共模信號(hào)。 把整個(gè)地線分成 6 小塊，小塊內(nèi)的走線作為一個(gè)整體。VDD 地連到變壓器地，再直接回參考地。功率地、Y 電容地和 IC 地都直接回13 of 16G5XXX 系列數(shù)字電源 IC 應(yīng)用注意事項(xiàng)參考地。讓這6 小塊地重合，是最好的，但實(shí)際上不可能實(shí)現(xiàn)。我們推薦的做法： IC 地，VDD 地，功率地和參考地做到4 小塊地盡量靠近。優(yōu)先考慮IC 地和參考地重合， 如果 IC 地不能重合參考地， 則控制它們間的銅皮走線， 長(zhǎng)度小于 15mm ，寬度大于 0.6mm 。個(gè)小塊地的命名：參考地：輸入電解的地功率地：和功率管源級(jí)電阻相連的地，有大電流IC 地： IC 的 GND 腳，包含 IC 外圍元件的地VDD 地： VDD 電容的地變壓器地：變壓器輔助繞組的地Pin 腳電容地： Y 電容初級(jí)側(cè)的地歲先生圖 5-2 初級(jí)地布線（ ESD 高壓的考慮）規(guī)則 5：整流環(huán)路包括：輸入大電容，初級(jí)繞組，MOSFET 和 RCS 構(gòu)成的環(huán)路；