功能描述

LM5021離線(xiàn)脈沖寬度調(diào)制（PWM）超低啟動(dòng)電流（最大25μA）控制器包含所有需要的功能電流模式控制實(shí)現(xiàn)高效離線(xiàn)單端使用電流模式控制的低待機(jī)功率反激和正向功率轉(zhuǎn)換器的跳過(guò)周期模式。LM5021的特點(diǎn)包括一個(gè)超-單電阻可編程振蕩器啟動(dòng)電流低（25μA），使功率最小化

高壓?jiǎn)?dòng)網(wǎng)絡(luò)中的同步振蕩器損耗。跳躍

可調(diào)軟啟動(dòng)循環(huán)模式可減少光功率消耗

集成0.7A峰值門(mén)驅(qū)動(dòng)器負(fù)載，用于節(jié)能應(yīng)用（能源STAR®、CECP等）。附加功能包括•電壓鎖定下的直接光耦接口，循環(huán)電流限制，最大占空比限制（hiccup模式過(guò)載保護(hù)為80%，斜坡com  LM5021-1或LM5021-2為50%）補(bǔ)償、軟啟動(dòng)和振蕩器同步斜坡補(bǔ)償（僅限LM5021-1）能力。高性能8針集成電路傳輸延遲小于100nS和1MHz欠電壓鎖定（UVLO），具有滯后能力的振蕩器，使用單個(gè)循環(huán)過(guò)流保護(hù)電阻器。持續(xù)過(guò)載白空間保護(hù)的中斷模式電流感應(yīng)前沿消隱

信號(hào)

包裝：VSSOP-8或PDIP-8

電氣特性（1）

標(biāo)準(zhǔn)型面規(guī)范適用于TJ=+25°C，黑體字規(guī)范適用于整個(gè)工作接頭

溫度范圍。除非另有規(guī)定：VIN=15V，RT=44.2KΩ。

（1） 最小和最大限值是在25°C下進(jìn)行的100%生產(chǎn)試驗(yàn)。通過(guò)相關(guān)性規(guī)定了工作溫度范圍內(nèi)的限值使用統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制（SQC）方法。限制用于計(jì)算平均出貨質(zhì)量水平（AOQL）。

（2） 設(shè)備熱限制可能會(huì)限制可用范圍。

電氣特性（1）（續(xù)）

標(biāo)準(zhǔn)型面規(guī)范適用于TJ=+25°C，黑體字規(guī)范適用于整個(gè)工作接頭

溫度范圍。除非另有規(guī)定：VIN=15V，RT=44.2KΩ

典型性能特征

除非另有規(guī)定：TJ=25°C。

啟動(dòng)電路

參考圖9，輸入電容器CVIN通過(guò)啟動(dòng)電阻Rstart進(jìn)行涓流充電，當(dāng)施加整流交流輸入電壓HV。LM5021消耗的VIN電流僅為18μA（標(biāo)稱(chēng)值），而電容器CVIN最初充電至啟動(dòng)閾值。當(dāng)輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，VIN達(dá)到上限VIN UVLO閾值為20V，內(nèi)部VCC線(xiàn)性調(diào)節(jié)器啟用。VCC調(diào)節(jié)器將保持接通，直到VIN下降到7.25V的較低UVLO閾值（12.5V滯后）。當(dāng)VCC調(diào)節(jié)器打開(kāi)時(shí)VCC引腳處的外部電容器開(kāi)始充電。PWM控制器、軟啟動(dòng)電路和門(mén)驅(qū)動(dòng)器是當(dāng)VCC電壓達(dá)到VCC UVLO上限7V時(shí)啟用。VCC UVLO為1.2V上下閾值之間的遲滯，以避免在VCC引腳瞬態(tài)期間抖動(dòng)。VCC UVLO開(kāi)啟開(kāi)關(guān)電源，能量從主電源傳輸?shù)捷o助電源變壓器繞組。偏壓繞組，如圖9所示，向VIN引腳提供電力，以維持VCC調(diào)節(jié)器。提供的電壓應(yīng)為11V（VCC調(diào)節(jié)電壓最大值加上VCC調(diào)節(jié)器下降電壓）至30V（最大工作VIN電壓）。偏壓繞組應(yīng)始終連接到VIN引腳，如圖9所示。不要將偏置繞組連接到VCC引腳上。啟動(dòng)順序是當(dāng)偏置繞組的電壓足以維持VCC時(shí)，完成并正常運(yùn)行電平高于VCC UVLO閾值（典型值為5.8V）。LM5021設(shè)計(jì)用于輸入VIN引腳的超低啟動(dòng)電流。為了完成這個(gè)非常低的啟動(dòng)電流方面，LM5021的VCC調(diào)節(jié)器與其他控制器中使用的VCC調(diào)節(jié)器相比是獨(dú)一無(wú)二的LM5xxx系列的。LM5021是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的應(yīng)用與偏壓繞組連接到VIN引腳，如圖9所示。不建議將偏置繞組連接到LM5021。啟動(dòng)電阻的大小不僅影響電源的啟動(dòng)時(shí)間，而且影響電源的供電由于電阻器在正常工作時(shí)消耗功率，所以效率較高。LM5021的超低啟動(dòng)電流允許大值啟動(dòng)電阻（高達(dá)3 MΩ），以提高效率和合理的啟動(dòng)時(shí)間。

輸入電容CIN與VCC電容CVCC的關(guān)系當(dāng)車(chē)輛識(shí)別號(hào)（VIN）達(dá)到20V時(shí)，內(nèi)部VCC線(xiàn)性調(diào)節(jié)器啟用。由于來(lái)自調(diào)節(jié)器啟用后的CVIN至CVCC可根據(jù)以下方程式計(jì)算，其中VIN’為在VCC調(diào)節(jié)器對(duì)CVCC充電后，立即接通CVIN上的電壓。ΔVIN x CVIN=ΔVCC x CVCC

（20V–VIN’）CVIN=8.5V CVCC

19.15V。VCC電容器的值可以很小（小于1uF），因?yàn)樗惶峁┧矐B(tài)門(mén)驅(qū)動(dòng)持續(xù)時(shí)間短的電流。CVIN電容器的尺寸必須能提供柵極驅(qū)動(dòng)電流和靜態(tài)電流

LM5021的電流，直到變壓器偏置繞組向VIN提供足夠的電壓，以維持VCC電壓。CVIN電容器的值可以根據(jù)VCC負(fù)載的工作電流在其輸出電壓達(dá)到后計(jì)算出來(lái)VCC UVLO閾值。例如，如果LM5021用總柵電荷（Qg）驅(qū)動(dòng)外部MOSFET25nC的平均柵極驅(qū)動(dòng)電流為Qg x Fsw，其中Fsw是開(kāi)關(guān)頻率。假設(shè)開(kāi)關(guān)頻率150KHz，平均柵極驅(qū)動(dòng)電流為3.75mA。因?yàn)镮C消耗大約2.5mA工作電流除柵極電流外，CVIN電容器的總電流為工作電流加上柵極充電電流，即6.25mA。CVIN電容器必須提供該電流，以便變壓器偏置繞組接管的時(shí)間。在啟動(dòng)過(guò)程中，電壓不得低于CV8.5V順序或循環(huán)將重新啟動(dòng)。可使用該值計(jì)算最大允許啟動(dòng)時(shí)間對(duì)于CVIN，電壓變化允許VIN（19.15V–8.5V）和VCC調(diào)節(jié)器電流（6.25mA）。T最大允許偏置繞組通電的最大時(shí)間為：

如果Tmax的計(jì)算值太小，則應(yīng)進(jìn)一步增大Cin值，以留出更多的時(shí)間在變壓器偏置繞組接管并將工作電流輸送至VCC調(diào)節(jié)器之前。增加CVIN將增加從應(yīng)用整流交流電（圖9中的HV）到VIN達(dá)到20V啟動(dòng)閾值。CVIN的初始充電時(shí)間為：

PWM比較器/斜坡補(bǔ)償

PWM比較器將電流感應(yīng)信號(hào)與來(lái)自補(bǔ)償引腳的回路誤差電壓進(jìn)行比較。這個(gè)COMP引腳電壓降低1.25V，然后通過(guò)3:1電阻分壓器衰減。PWM比較器輸入偏置電壓的設(shè)計(jì)應(yīng)確保補(bǔ)償引腳處小于1.25V將導(dǎo)致控制器輸出。當(dāng)占空比大于50%時(shí)，電流模式控制電路會(huì)受到次諧波振蕩的影響。通過(guò)在電流檢測(cè)信號(hào)中增加一個(gè)附加的固定斜坡電壓斜坡信號(hào)（斜坡補(bǔ)償），這個(gè)可以避免振蕩。LM5021-1通過(guò)對(duì)斜坡信號(hào)求和來(lái)集成這種斜率補(bǔ)償由振蕩器和電流感應(yīng)信號(hào)產(chǎn)生。斜坡補(bǔ)償由電流斜坡產(chǎn)生通過(guò)連接到CS引腳的內(nèi)部1.8 kΩ電阻器驅(qū)動(dòng)。可增加額外的坡度補(bǔ)償通過(guò)增加電流檢測(cè)濾波器電容器和CS引腳之間的電阻，從而增加振蕩器電流斜坡產(chǎn)生的電壓斜坡。因?yàn)長(zhǎng)M5021-2不能承受更大的占空比超過(guò)50%，本裝置無(wú)斜率補(bǔ)償功能。

電流限制/電流感應(yīng)

LM5021提供逐周期過(guò)電流保護(hù)功能。電流限制由內(nèi)部電流檢測(cè)比較器閾值設(shè)置為500毫伏。如果CS引腳電壓加上斜率補(bǔ)償電壓超過(guò)500mV時(shí)，輸出引腳脈沖將立即終止。建議在LM5021附近為CS引腳安裝RC濾波器，以衰減從功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的門(mén)到源。CS引腳電容在每個(gè)PWM時(shí)鐘周期結(jié)束時(shí)由內(nèi)部開(kāi)關(guān)。放電開(kāi)關(guān)保持開(kāi)啟，持續(xù)90 ns前緣消隱間隔，以衰減外部功率場(chǎng)效應(yīng)管打開(kāi)時(shí)發(fā)生的電流感應(yīng)瞬態(tài)。除了提供前沿消隱，該電路還通過(guò)放電提高動(dòng)態(tài)性能在每個(gè)周期結(jié)束時(shí)檢測(cè)濾波電容。

LM5021 CS比較器非常快，可以響應(yīng)短時(shí)間的噪聲脈沖。布局注意事項(xiàng)對(duì)電流檢測(cè)濾波器和檢測(cè)電阻至關(guān)重要。與CS濾波器相關(guān)的電容器必須放置在離設(shè)備非常近的地方，并直接連接到IC的引腳（CS和GND）。如果現(xiàn)在感覺(jué)使用變壓器時(shí)，變壓器二次側(cè)的兩根引線(xiàn)都應(yīng)連接到感應(yīng)電阻器也應(yīng)位于IC附近。如果功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管源中的電流感應(yīng)電阻器用于電流感應(yīng)，需要一個(gè)低電感電阻。在這種情況下，所有噪聲敏感的小電流接地應(yīng)在IC附近共同連接，然后單獨(dú)連接至電源接地（感應(yīng)電阻接地點(diǎn)）。

同步和關(guān)閉振蕩器

連接在RT和GND引腳之間的單個(gè)外部電阻器設(shè)置LM5021振蕩器頻率。這個(gè)LM5021-2器件具有50%的最大占空比，包括一個(gè)內(nèi)部觸發(fā)器，用于將振蕩器分開(kāi)頻率為2。此方法產(chǎn)生精確的50%最大工作循環(huán)限制。因?yàn)檫@個(gè)頻率分頻器，LM5021-2的振蕩器頻率實(shí)際上是柵極驅(qū)動(dòng)輸出（OUT）頻率的兩倍。對(duì)于LM5021-1器件，振蕩器頻率和工作輸出頻率是相同的。設(shè)置期望輸出開(kāi)關(guān)頻率（Fsw），RT電阻可根據(jù)以下公式計(jì)算：

LM5021還可以與外部時(shí)鐘同步。外部時(shí)鐘的頻率必須更高比RT電阻設(shè)置的自激振蕩頻率要高。時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)該是電容耦合的用100pF電容器插入RT引腳。要求RT引腳處的峰值電壓水平大于3.8伏同步脈沖的檢測(cè)。通過(guò)RT電阻器的直流電壓在內(nèi)部調(diào)節(jié)為2伏。因此疊加在RT電阻器上的交流脈沖必須具有1.8V或更大的振幅，以成功地同步振蕩器。同步脈沖寬度由外部元件設(shè)定在15ns到150ns之間。RT公司無(wú)論振蕩器是自由運(yùn)行還是外部同步，始終需要電阻器。RT電阻器應(yīng)位于離設(shè)備非常近的位置，并直接連接到LM5021（RT和GND）的引腳上。門(mén)驅(qū)動(dòng)器和最大占空比限制LM5021提供了一個(gè)門(mén)驅(qū)動(dòng)器（OUT），它可以產(chǎn)生0.3A的峰值電流和0.7A的電流提供兩種工作循環(huán)限制選項(xiàng)。LM5021-1的最大輸出占空比通常為80%選項(xiàng)，精確等于LM5021-2選項(xiàng)的50%。LM5021-2的最大占空比功能是由一個(gè)內(nèi)部觸發(fā)器完成的，以確保精確的占空比限制。內(nèi)部振蕩器因此，LM5021-2的頻率是PWM控制器（OUT引腳）開(kāi)關(guān)頻率的兩倍。LM5021-1的80%最大占空比功能由內(nèi)部振蕩器確定。對(duì)于LM5021-1 PWM控制器的內(nèi)部振蕩器頻率和開(kāi)關(guān)頻率相同。

軟起動(dòng)

軟啟動(dòng)功能允許功率轉(zhuǎn)換器逐漸達(dá)到初始穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，從而減少啟動(dòng)壓力和電流浪涌。內(nèi)部22μA電流源對(duì)外部電容器充電連接到SS引腳。電容器電壓將緩慢上升，限制補(bǔ)償引腳電壓和占空比輸出脈沖的周期。軟啟動(dòng)電容器也用來(lái)產(chǎn)生當(dāng)開(kāi)關(guān)電源輸出持續(xù)過(guò)載。

HICCUP模式過(guò)載電流限制Hiccup模式是一種在延長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保護(hù)電源免受過(guò)熱和損壞的方法過(guò)載情況。當(dāng)輸出故障排除后，電源將自動(dòng)重新啟動(dòng)。

圖10、圖11和圖12說(shuō)明了LM5021和相關(guān)波形。在啟動(dòng)和正常運(yùn)行期間，外部軟啟動(dòng)電容器Css由向SS引腳電容器提供22μa電流源。正常運(yùn)行時(shí)，軟啟動(dòng)電容器繼續(xù)充電并最終達(dá)到電流源的飽和電壓（名義上，VSS_OCV5.2伏）。在啟動(dòng)期間，COMP pin電壓跟隨SS電容器電壓，并逐漸增加峰值電源提供的電流。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源的輸出達(dá)到期望值時(shí)電壓，電壓反饋放大器控制COMP信號(hào)（通過(guò)光耦）。正常情況下操作COMP電平保持在1.25V和2.75V之間的中間電壓，由電壓控制調(diào)節(jié)回路。當(dāng)補(bǔ)償引腳電壓低于1.25V時(shí)，占空比為零。當(dāng)薪酬水平為高于2.75V時(shí)，占空比將受逐周期電流限制比較器的0.5V閾值限制。如果電源輸出過(guò)載，則調(diào)壓回路需要增加電流補(bǔ)償引腳控制電壓。當(dāng)補(bǔ)償引腳超過(guò)過(guò)電壓檢測(cè)閾值（VOVLD，標(biāo)稱(chēng)4.6V），SS電容器Css將由10μa過(guò)載檢測(cè)定時(shí)器電流源放電，IOVCS公司。如果COMP保持在VOVLD以上足夠長(zhǎng)的時(shí)間讓SS電容器放電到Hiccup模式閾值（VHIC，名義上為4.6V），控制器進(jìn)入中斷模式。然后，OUT引腳被鎖定在低位SS電容器放電電流源從10μA減小到0.25μA，即死區(qū)電流源，IDCS。SS引腳電壓緩慢降低，直到達(dá)到重啟閾值（VRST，名義上為0.3V）。然后一個(gè)新的啟動(dòng)程序從22μA的電流源開(kāi)始向電容器CSS充電。緩慢的放電從中斷閾值到重啟閾值的SS電容器提供了一個(gè)延長(zhǎng)的關(guān)閉時(shí)間，從而減少持續(xù)過(guò)載導(dǎo)致包括二極管和mosfet在內(nèi)的元件過(guò)熱。休息時(shí)間模式可通過(guò)以下公式計(jì)算：

例子：

Toff=808 ms，假設(shè)CSS電容值為0.047μF短時(shí)間間歇性過(guò)載不會(huì)觸發(fā)hiccup模式。觸發(fā)所需的過(guò)載持續(xù)時(shí)間中斷響應(yīng)由電容器CSS、10μA放電電流源和電壓差設(shè)置在SS引腳的飽和水平和Hiccup模式閾值之間。圖12顯示了SS的波形具有短時(shí)過(guò)載條件的引腳。進(jìn)入hiccup模式所需的過(guò)載時(shí)間可以是根據(jù)以下公式計(jì)算：

例子：t過(guò)載=2.82 ms，假設(shè)CSS電容值為0.047μF

跳過(guò)循環(huán)操作

在輕負(fù)載條件下，開(kāi)關(guān)電源的效率通常會(huì)隨著相關(guān)損耗而下降隨著開(kāi)關(guān)變換器的開(kāi)關(guān)和工作，偏置電流成為功率的重要百分比交付貨物。功率損耗的最大組成部分是與柵極相關(guān)的開(kāi)關(guān)損耗驅(qū)動(dòng)器和外部MOSFET柵極充電。每一個(gè)脈寬調(diào)制周期消耗有限的能量作為MOSFET先打開(kāi)后關(guān)閉。這些開(kāi)關(guān)損耗與操作頻率成正比。跳板集成在LM5021控制器內(nèi)的循環(huán)功能降低了平均開(kāi)關(guān)頻率開(kāi)關(guān)損耗和提高輕載條件下的效率。當(dāng)發(fā)生輕負(fù)載情況時(shí)，補(bǔ)償引腳電壓通過(guò)電壓反饋回路降低，以降低控制器提供的峰值電流。參考圖13，PWM比較器輸入跟蹤C(jī)OMP引腳電壓通過(guò)1.25V電平轉(zhuǎn)換電路和3:1電阻分壓器。當(dāng)COMP引腳電壓下降時(shí)，輸入到PWM比較器按比例下降。當(dāng)PWM比較器輸入下降到125mV時(shí)，跳過(guò)周期比較器檢測(cè)輕載狀態(tài)并禁用來(lái)自控制器的輸出脈沖。控制器繼續(xù)跳過(guò)開(kāi)關(guān)周期，直到電源輸出下降，COMP引腳電壓增加到需要更多的輸出電流。跳過(guò)的周期數(shù)將取決于頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。最終，當(dāng)電壓回路需要時(shí)，補(bǔ)償電壓將增加更大的電流來(lái)維持穩(wěn)定的輸出電壓。當(dāng)PWM比較器輸入超過(guò)130mV（5mV滯后），恢復(fù)正常的固定頻率切換。典型的電源設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生短脈沖輸出脈沖的一個(gè)長(zhǎng)的跳躍周期間隔。跳周期模式下的平均開(kāi)關(guān)頻率可以是電源正常工作頻率的一小部分。通過(guò)向CS引腳添加偏移電壓，可以禁用跳過(guò)循環(huán)操作模式（參見(jiàn)圖14）。連接到穩(wěn)壓電源的電阻分壓器，在CS引腳上注入125mV偏移量（最小值），將強(qiáng)制PWM比較器上的電壓將大于125毫伏，從而禁用跳過(guò)周期比較器。

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