AUS研发报告.pdf

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1、AUS-TPC5000AUS-TPC5000 研发报告研发报告AUS-TPC5000 采用的是 ME8109 整机输出电压 5V，整机输出电流为 4A。ME8109 开关电源控制 IC 是一款适用于中小功率便携式设备适配器/充电器的控制芯片。主要特点是静态功耗 100MW 以下、过五级能效、。输出电压可以通过外围电路可调，输出电流也可调整。可靠性高，安全性好。1)低待机功耗：通过低功耗间歇工作模式设计，到达小于 100mW超低耗的性能。2)无噪声工作：优化的芯片设计可以使系统任何工作状态下均可安静地工作，系统最小工作频率控制在 22K 左右。3)更低启动电流：VDD 启动电流低至 5uA，可有

2、效地减少系统启动电路的损耗，缩短系统的启动时间。4)更低工作电流：工作电流约为 1.8mA，可有效降低系统的损耗,提高系统的效率。5)内置前沿消隐：内置 220nS 前沿消隐LEB，降低系统成本。6)内置良好的 OCP 补偿：内置了 OCP 补偿功能，使系统在不需要增加成本的情况下轻易使得全电压范围内系统的 OCP 曲线趋向平坦，提高系统的性价比。17)完善的保护功能：集成了完善的保护功能模块。OVP，UVLO，OCP，OTP、恒定的 OPP 可以使系统设计简洁可靠，同时满足安规的要求。8)软启动功能：内置 4mS 软启动功能,可有效降低系统开机 MOS管漏源之间电压过冲。9)较少的外围器件：

3、外围比较简单，可有效提高系统的功率密度，降低系统的成本。10优良的 EMI 特性：内置的频率抖动设计可以很有效的改善系统的 EMI 特性，同时可以降低系统的 EMI 成本。各脚的功能以及调试中注意事项：各脚的功能以及调试中注意事项：1RT 脚：RT 端内部连接了一个恒流源，该恒流源提供 100uA 典型值输出电流。当因某种因素导致系统内部温度逐渐上升时，NTC 温度补偿电阻受温度升高的影响，其阻值逐渐降低，从而使 RT 端的电压逐渐下降，直到 RT 端的电压降到 1.0V典型值以下并持续 100uS后，芯片 Gate 停止驱动，电源输出关闭，保护整个系统；当系统内部温度逐渐降低时，温度补偿电阻

4、受温度下降的影响，其阻值逐渐升高，从而使 RT 端的电压逐渐上升，直到 RT 端的电压上升到 1.07V典型值并持续 100uS 后，芯片自动恢复输出，系统恢复正常工作。由于 NTC 电阻的精度及生产过程中 NTC 电阻检测点的不一致2性导致系统的 OTP 点误差较大，推荐 R1 使用可调电阻，产品在生产时可通过调节该可调电阻阻值来调整系统的 OTP 的精度，满足不同的客户需求。以系统 100 度 OTP 保护为例：RT 选择 150K 热敏电阻，R1 选择1.2-1.5K0603电阻即可，其它类推。2.电源 VDD 脚：ME8109 的启动电流低至 5uA，可有效地减少系统启动电路的损耗，缩

5、短系统的启动时间。VCC 脚外接限流电阻参考值在 0-51 欧之间。启动电阻 RIN的最大功率损耗：在下列图中，RIN 的最大功率损耗可以用下面的公式计算出来，公式如下：Vdc,max：最大输入电压整流后的直流电压V：芯片正常工作的电压3.FB 反馈输入脚：了解该脚各电压门限相对应的系统工作状态对分析和优化系统设计非常有帮助的。0.75V-1.0V 为系统在轻载间歇模式下的FB 脚电压值，1.0V-3.7V 为系统正常工作时 FB3脚电压值(该电压段对应的开关频率随电压增高频率增大，最大增高到 65K 左右)，3.7V-4.2V 为反馈环路开路，过功率保护，短路保护时 FB 脚电压值。0.75

6、V典型值以下GATE 端输出被关闭，FB 短路电流典型值为 0.3mA。当 FB 脚电压持续 88mS 大于 3.7V 或小于 0.75V 时,GATE 端立即关闭输出脉冲，保护整个系统的安全。4.电流检测 SENSE 脚：开关电流经过一检测电阻流进 SENSE 脚，进行 PWM 调制。另外内置一个 220nS 前沿消隐电路。该脚对地电阻的大小可以调节输出功率大小。5.DRAIN 脚：ME8109 内部集成了一个脉宽调制控制器和一个 650V 600V 的高压功率 MOSFET，该脚为内部高压功率 MOSFET 的漏极接变压器初级。6.GND：芯片的电源接地脚，画 PCB 时注意与功率地分开布

7、线。动态响应动态响应(DNY)(DNY)的调整的调整从动态响应的原理来看，系统要具有较快的环路响应特性才能使系统的动态响应特性较好。通过分析右图中的电路，对调整系统的4动态响应特性是很有帮助的。对芯片而言，整个系统的环路响应是芯片的 FB 端通过检测 U3 光耦反馈传输过来的信号强度及信号变化来进行控制的，系统的响应特性不仅与 ME431 的增益有关，而且与光耦的传输特性有关。为了使系统具有较好的动态响应特性，我们需要调节 ME431 的反馈增益环路相关元件 R15 与 C14 的值，使环路具有较高的增益，另外需要调节 R13 的值(R13 的取值不宜过大)，使U3 光耦发射二极管端能够把次级

8、变化的信号转化为电流变化信号，并迅速的反馈到芯片的 FB 端进行跟随控制。注意：ME431 的最小工作电流 IF 值为 1mA，但是这个值并不是 ME431 稳定工作的最小值，具体的值不同公司生产的会有所不同，设计参考值一般为 1.15mA；设计中建议给 ME431 提供 1 个偏置电阻以方便调整环路的稳定性，另外 FB 外接电容大小也影响动态响应。保护功能说明：保护功能说明：好的电源系统一定有完善的保护装置包括：过电流保护 OCP、过温保护OTP、过载保护OLP、输入 VDD 过压保护、驱动过压嵌位、VDD 欠压锁定UVLO等。1 OCP 和 OLP 芯片 SENSE 脚通过检测系统初极侧流

9、过主开关管的电流信号活动，芯片能检测到系统过流或者过功率的状况。当系统输出发生短路、过流或过功率现象时，如果SENSE 脚的电压 VTH-OC超过 0.85V典型值时，GATE 脚输出脉宽将会被限制输出，这时5系统处于恒功率输出状态 Po=Vo*Io。即如果增加输出负载电流，系统输出电压相应下降，FB 电压相应上升，当这种现象持续 88mS 后，系统将进入打嗝式保护状态。2 输入 VDD 过压保护芯片 VDD 端内置有过压保护(OVP)电路及 VDD 过压钳位电路，当VDD 端电压 Vdd 上升到 27.5V 左右时，芯片就会进入过压保护状态，这时 Gate 停止输出脉宽，从而保护整个系统。3

10、 VDD 欠压保护UVLOME8109 芯片都内置有欠压保护电路(UVLO)，当 VDD 端电压小于8Vmax 时，芯片就会进入欠压保护状态，这时 Gate 停止输出 PWM。注意：设计中需要检查交流输入全电压范围内当输出负载瞬间由满载转为空载时芯片的 Vdd 端电压是否受影响而误触发 UVLO,即 Vdd端电压瞬时低于 8V(考虑温度的影响建议设计参考值为 15V)，容易造成空载电压不稳现象注意事项：注意事项：1当系统工作在满载情况下，如出现可听见异音，请先检查系统是否工作正常、参数是否正常，如果你确认无误，请检查 FB 端电压波形是否平滑，如果发现较大干扰，请检查系统 PCB layout

11、 是否合理，对较小干扰可通过外加滤波网络消除，FB 脚对地电容取值建议要小于 10nF。2EMI 传导超标或余量不足6A变压器绕组顺序是否正确.B屏蔽层是否放在初次级之间.C屏蔽层的中点是否有接至初级的“冷点”.D 每个绕组的层数是否合理是否为紧绕和密绕,尽量做到每层饶满饶平，饶的层总数尽量控制少一点.3输出整流二极管的选择：输出整流二极管首先考虑的是耐压问题。其最低耐压值应满足：输出整流二极管的电流选择：大于 3 倍输出额定电流，具体根据实际温升做调整。4PCB Layout时请将 GND、SENSE 和 DRAIN 脚两个地方的铜皮连线尽量加宽，特别是 GND、SENSE 脚。这样做有利于

12、 ME8109 散热。5输入端大电解选择：容量等于 2 倍输出额定功率，具体根据实际情况调整，耐压 400V。6输出端电解选择：5V 输出系统，1A 负载选择 10V/1000uF 电解，12V 输出系统，1A 负载选择 16V/470uF 电解，依次类推.输出电压不稳调整方案：输出电压不稳调整方案：使用 Flyback架构的系统，由于系统工作一般会跨越电流连续(CCM)及电流不连续(DCM)两种模式。如果系统参数不匹配，那么这种工作模式将很容易导致大信号不稳现象发生，在系统板上具表达象表现为：71 输出空载电压不稳定。2 输出负载突然由满载切换为空载的情况易造成输出电压不稳定。3 Overs

13、hoot/Undershoot 性能较差。如设计中遇到以上现象，请先检查系统在输出空载且输入电压在85264Vac 的情况下，芯片的 Vdd 端(7 脚)的电压是否到达稳定的门限电压(Vth8V)，考虑到系统温度的影响，设计中建议该门限电压值 Vth_10V；其次 check 系统的环路是否真的处于稳定状态。如果以上均确定没有问题，建议进行如下几点的调整方案：1 适当增加 Vdd 端电容的容值。2 适当减少 Vdd 端限流电阻的阻值。这里特别说明，ME8109 的 OCP不是依靠 Vdd 的电压下降进行保护的，如：ME12W Demo Board 该位置的取值就为 0Ohm。3 在满足系统省功

14、要求的情况下在次级增加较小的假负载。如果进行以上调整后仍然感到不满意，综合考虑省功缩短启动时间及调整大信号不稳等因数。强力推荐下边的典型应用启动电路。变压器图变压器图89元件清单元件清单电源清单5V/4A代号RV1F1CX1CY1C5C4C2，C3C1R1名称压敏电阻慢断保险丝安规电容 X2安规电容 Y1高压瓷介电容电解电容电解电容电解电容色环电阻规格10D471K250V/2A275VAC/0.22UF400V-2.2nF1KV-0.47nF400V-47uF10V-1000uF50V-22uF1M5%1W0805-10nF-X7R50V0805-100nF-X7R50V1206-1nF-X

15、7R 500V1206-1M5%0805-4.75%1206-225%1206-150K5%0805-3005%0805-1K5%1210-0.911%1206-00805-5.1K1%0805-4.75K1%数量111111211111211212111142111规格尺寸及厂家p=15mm16*25mm10*20南京微盟C7贴片电容C8贴片电容C6贴片电容R13，R14 贴片电阻R5贴片电阻R2贴片电阻R10,R11贴片电阻R3R4,R12R9R8R6R7贴片电阻贴片电阻贴片电阻贴片电阻贴片电阻贴片电阻D5,D6,D7,贴片整流二极D8管D2，D3二极管贴片肖特基二D4极管D1U2M71N400710S4P 10A45V LOW VF值MBRL540 5A40V LOW肖特基二极管VF 值集成电路 ICME8119 DIP-810U1U3L1L2L3CN1T1光藕基准管共模电感棒形电感环形电感散热器AC 母座变压器PCB 印板PC817CME431UU9.8-12mH4*15 0.6mm 13.5T3uHT12.7*7.92*6 0.6mm6.5T15*10*15PQ2016111111111DIP-4SOT-23见附件外包热缩套管见附件电路图如下电路图如下11