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攸沈
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1 混合模式脈寬調變開關電源控制器 IC 應用指南概述 GR1230R 是一款最新的 PWM IC, 利用混合操作模式 (CCM/QR), 以及待機操作時轉為節能模式達到低功耗, 進而實現高轉換效率 GR1230R 擁有極低啟動電流 (<2uA), 具有過電流保護 (OCP), 過壓保護 (OVP), 欠電壓保護 (UVP) 和 IC 內部過溫保護 (Internal OTP) 能為晶片提供充分的保護性能特點極低啟動電流 (<2uA) 混合操作模式脈寬調製 (CCM/QR) 在重載和低輸入電壓時操作 CCM 中載操作類似 QR 輕載操作在節能模式空載進入 Burst Mode 開關切換頻率為 65KHz 具有 8ms 軟啟動精準的過電流保護 (OCP) QRD 可精準調整過電壓保護 (OVP) VCC 過壓保護 (OVP) IC 內部過溫度保護 (Internal OTP) SOT-26 包裝典型應用線路 EMI FILTER QRD VCC GR1230R GND OUT COMP CS Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 1

2 GR1230R 內部功能方塊圖 VCC 16V/7.5V + _ UVLO Internal Bias & VREF PG 28V + _ VCC OVP Protection Protection Internal OTP Driver OUT Max. Freq. / CCM / Green Mode / Jitter Blanking Time Time Out S Q VBias QRD R COMP 4.5V + _ OLP Delay OLP Protection Buffer 2.5R R VSUM + _ PWM comparator + LEB CS Slope compensation + S + _ OCP comparator 0.85V Valley Detect QRD QRD 3.5V + _ QRD OVP Protection 0.5V _ + UVP Protection GND Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 2

3 目錄 GR1230R 混合模式脈寬調製開關電源控制器 IC 應用指南... 1 概述... 1 性能特點... 1 GR1230R 內部功能方塊圖... 2 目錄... 3 GR1230R 內部功能說明... 4 VCC 接腳... 4 QRD 接腳... 5 CS 接腳... 6 OUT 接腳... 7 COMP 接腳... 8 保護功能說明... 8 電路板線路佈局注意事項... 9 設計實例...10 測試結果 Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 3

4 GR1230R 內部功能說明 VCC 接腳 1. 起動電路和欠電壓停止工作 GR1230R 有非常低的起始電流 (<2uA) 和較低的起始電壓, 與常規 PWM IC 比較, 可減少外部起始電路之功率損失由外部起動電阻, 提供起始電流對 Vcc 電容充電, 當 Vcc 電壓達到工作點 (UVLO on ) 16V 時,GR1230R 開始工作, 再由變壓器輔助繞組線路對 Vcc 電容充電如果 Vcc 電壓低於欠電壓停止工作點 7.5V 會關閉輸出電路減少工作電流欠電壓停止工作點有遲滯作用, 可使啟動電容器有充分的能量供應給 IC 建議啟動電容選用 2.2uF 到 10uF 之間的電容 ( 建議使用電解電容或是 1206 SMD 陶瓷電容來避免小型 SMD 陶瓷電容產生共振的噪音 ), 啟動電阻選用 540kΩ 到 2.2MΩ 之間的電阻, 確保能順利啟動同時使啟動延遲小於 3 秒, 實際情形隨實測波型來選擇恰當的零件數值 GR1230R 欠壓閉鎖遲滯比較器之遲滯曲線如圖一所示圖一 2. 過電壓保護為保護功率 MOSFET 不受損壞,GR1230R 在 VCC 接腳增加過壓保護功能當 V CC 電壓高於 28V 時,OUT 接腳立即停止脈衝, 動作如圖二所示 VCC 過壓保護的功能是一個自動恢復型的保護一旦過壓的情況發生, 脈衝就被停止, 如果過電壓狀況解除, 系統將恢復正常運作 VCC OVP Level OVP Tripped UVLO(on) UVLO(off) OUT t Switching Non-Switching Switching t 圖二 Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 4

5 3. VCC Mode 另外為了避免輸出由滿載轉變成無負載時, 回授信號讓 COMP 電壓降為零導致 V CC 電壓下降 ( 進入 Burst mode), 因此當進入 Burst mode, 且 Vcc 下降至 8.25V 時會進入 VCC Mode 強制脈衝輸出, 避免 Vcc 電壓降至 UVLO off, 請注意此功能適用於修正負載變化造成系統輸出問題, 因此在系統無負載狀態勿將 Vcc 電壓設計於 Vcc Mode 中 4. VCC Pin 增加一高頻濾波電容建議 VCC Pin 旁並聯一高頻濾波電容 (EX: 0.1uF MLCC), 增加 IC 工作穩定性, 避免雜訊干擾 QRD 接腳 1. Quasi-Resonant 偵測 QRD 接腳藉由輔助繞組感應變壓器漏感與 MOSFET 寄生電容所產生的諧振, 且在諧振波谷附近將 MOSFET 導通, 能減少導通交越損失, 提高效率 2. QRD UVP/OVP 保護當 QRD 接腳檢測到輔助繞組分壓電阻上的電壓小於 0.5V 並且超過 8mS 時,IC 會進入保護, 直到下一次 UVLO On 為止, 此功能可以降低輸出短路時的輸入功率提高系統可靠度 ; 當 QRD 接腳檢測到輔助繞組分電壓大於 3.5V 並且超過 128uS 時脈衝會關閉, 因此除了 Vcc OVP 外, 可藉由設定 QRD 分壓電阻來達到簡單且準確的輸出過電壓保護機制, 如圖三圖四所示圖三圖四 Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 5

6 上臂電阻設定 Ra V in( mim) -6 k 10 N aux N p 下臂電阻設定 Rb 3.5R a ( V ovp V F ) N aux N s 3.5 以上為理論計算, 實際需依實測數據微調 Vin(min): 正常最低工作電壓 ( 建議為 80~100Vdc) V ovp : 輸出過壓設定值 ( 建議為 normal output 115%~130%) V F N p N s : 次級側二極體順向導通電壓 : 初級側繞組圈數 : 初級側圈數 N aux : 輔助繞組圈數 Ra : 輔助繞組上臂分壓電阻 Rb : 輔助繞組下臂分壓電阻 k: 100~200 CS 接腳 1. 電流檢測比較器 GR1230R 的 CS 接腳是用來檢測流過變壓器初級側也就是 MOSFET 源極的電流, 當輸出發生過電流的狀況時,CS 接腳檢測 Sense 電阻的電壓達到設定值, 會立即關閉脈衝信號的輸出, 從而關閉 MOSFET, 對電路進行保護, 若是輸出短路或開關機時, 檢測到脈衝若是大於 6uS,CS 偵測電壓達到 0.85V 時, 會將脈衝關閉, 若脈衝小於 5uS 時,CS 偵測電壓自動修正為 0.7V, 避免在高壓輸入進行輸出短路測試時 Vds 過高 2. 波前沿遮蔽 (Leading-Edge Blanking) 避免誤觸發功率型 MOSFET 導通瞬間, 會有一個不可避免的導通尖波發生在電流偵測電阻上, 此導通尖波會導致 MOSFET 誤關閉 GR1230R 內部建立了 350ns 的遮蔽時間, 使此導通尖波可以避開, 但有時因外部器件參數原因, 造成尖波雜亂或者出現較大負壓時, 可以在電流檢測電阻與 CS 腳之間增加 RC 濾波電路使波形達到正常取樣的效果, 如圖五所示但 RC 電路參數過大會造成檢測波形失真, 導致系統無法正確偵測, 因此 RC 電路參數值建議使用 R=200Ω,C=470pF 左右的數值, 實際情形隨實測波型來選擇恰當的零件 Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 6

7 圖五 OUT 接腳 1. OUT PIN 電阻的設定 : 通過調整 OUT 接腳與 MOSFET 閘極間的電阻可以調節驅動能力這個電阻能減小 MOSFET 閘級驅動的上升時間改善 EMI, 但是這個電阻不宜太大, 否則會降低系統效率 ( 特別是在連續電流模式時 ), 一般電阻的值在 10~51(Ω), 實際情形隨實測效率與 EMI 來選擇恰當的零件 2. 閘極箝位 / 軟啟動 (Gate Clamp/Soft Drive) IC 輸出電壓被箝位電路限制在 13.5V, 此箝位電路是為了預防過高的閘極電壓信號會造成 MOSFET 損壞 GR1230R 另有軟啟動功能來減少 EMI 干擾 COMP 接腳 1. COMP 電容的設定 : 由於 COMP 為補償接腳, 因此建議補償電容採用 X7R 系列減少溫度飄移對容值產生影響的問題建議项目最小最大單位 COMP 接地电容 1 33 nf 2. 混合模式操作 : GR1230R 為混合模式 ( 準諧振 / 連續導通模式 ) 的控制器 IC 的操作模式是根據開關頻率與 COMP pin 電壓來做改變 ( 圖六 ) 在正常操作下,IC 為準諧振模式可減少切換損耗在準諧振模式中, 電壓頻率是依據輸入電壓和負載條件來做變化當輸出負載電流增加, 開關的導通時間 (ON Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 7

8 Time) 也跟著增加 ; 因此, 開關的頻率會下降假如開關頻率低於 65kHz, 控制器適時地轉換為連續導通模式 ; 因此, 系統可以使用小尺寸的變壓器來達到高功率的轉換效率相對地當輸出負載電流減少, 開關的導通時間也跟著減少 ; 因此, 開關頻率增加假如開關頻率超過 69 khz,ic 會跳過第一個波谷, 直到第二個波谷或第三個波谷開關才導通在輕載時 COMP 電壓低於 1.7V,IC 會進入節能模式 (Green Mode) 來達到較高的電源轉換效率開關最高切換頻率會從 69kHz 到 25kHz 呈線性降低, 在節能模式中波谷導通的開關特性仍然被保存 ; 也就是說, 當負載降低時, 系統會自動地跳過多重波谷, 因此減少開關切換頻率在空載或非常輕的負載的情況下 (Vcomp< Burst mode voltage,0.77v),gr1230r 的柵極輸出會立刻關閉, 加強節能 Frequency Improve light load eff. Lower switching loss Lower conduction loss 69 K 65K 25K Burst Mode Green Mode Valley Skip QR Mode Fix Frequency CCM 0.77V 1.35V 1.7V COMP 圖六 3. 開路保護 OLP (Open Loop Protection) GR1230R 有開路保護功能, 內部電路可以偵測 COMP PIN 電壓當 COMP PIN 電壓高於開路保護所限制的電壓 (4.2V) 和延遲時間時, 閘極輸出驅動電路將立刻關閉以停止系統動作, 直到 VCC 低於 UVLO off level, 控制器才會重新啟動保護功能說明保護功能觸發條件延遲時間保護模式 QRD UVP QRD<0.5V IC 啟動後 8ms/IC 啟動時 32ms Auto Recovery QRD OVP QRD>3.5V 128us Auto Recovery OLP Vcomp>4.2V IC 啟動後 69ms/IC 啟動時 93ms Auto Recovery VCC OVP Vcc>28V 128us Auto Recovery Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 8

9 電路板線路佈局注意事項 1. 電路初級側主迴路由 C1 正端變壓器 MOSFET R14 R15 C1 地端, 此為電路中最大切換雜訊源, 此迴路零件應盡量靠近以縮短路徑線長及迴路面積, 並遠離小訊號迴路以及 GR1230R 本體, 且接地 1 之間的連結線路需要保持短寬原則 2. C5 C6 應靠近 GR1230R GND Pin 以及 VCC pin, 且接地 2 各點頇靠近 GR1230R GND Pin 3. 接地 2 經由 C1 接地 1 連結 4. CS 偵測線路勿與閘極驅動線路相鄰並行 5. IC 週邊零件盡量靠近 GR1230R IC 本體 Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 9

10 設計實例系統規格 Parameter Input Voltage Output Voltage and Current Output Power Specification 90Vac~264Vac 12V/2.5A 30W 實體圖正面 Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 10

11 電路圖 Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 11

12 組件表項目說明數量位置 1 IC GR1230R SOT-23 1 IC1 2 Resistor SMD KΩ 2 R2,R3 3 Resistor SMD Ω 3 R4,R13,R17 4 Resistor SMD Ω 2 R14,R15 5 Resistor SMD KΩ 2 R32,R33 6 Resistor SMD Ω 1 RS1 7 Resistor SMD Ω 1 R7 8 Resistor SMD Ω 1 R8 9 Resistor SMD KΩ 1 R11 10 Resistor SMD kΩ 1 R12 11 Resistor SMD KΩ 1 R19 12 Resistor SMD KΩ 1 R21 13 Resistor SMD Ω 1 R22 14 Resistor SMD KΩ 1 R23 15 Resistor SMD KΩ 1 R27 16 Capacitor SMD nF/1kV 10% X7R 2 C2,CS1 17 Capacitor SMD pF/50V NPO 1 C4 18 Capacitor SMD uF/50V 10% X7R 2 C5,C11 19 Capacitor SMD nF/50V NPO 1 C9 20 Capacitor SMD nF/50V NPO 1 C10 21 Capacitor 68uF / 400V BXF 1 C1 22 Capacitor 4.7uF/ 50V 1 C6 23 Capacitor 470uF/ 25V PW 2 C7,C8 24 FTA06N60D 6A/600V TO-220AB 1 Q1 25 Capacitor-X1 0.1uF/300V 20% 14x12x8 1 CX1 26 Capacitor-Y1 1000pF/ 1 CY1 27 Brodige Diode KBP206 2A/600V DIP 1 BD1 28 Schottky Rectifier SB2060LFCT 20A/60V TO-220AB 1 D1 29 Fast Recovery Rectifier PR1007 1A/1000V DO-41 1 D2 30 Rectifier GS1008FL 1A/800V SOD-123FL 1 D4 31 Rectifier 1N4148 1A/1000V SOD D3 32 RM8 1 T1 33 T N 1 L1 34 FC09032HW60-9R0 1 L2 35 PC U2 36 GL431 1 U Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 12

13 37 7D471K DIP 7Φ 1 MOV1 38 FUSE 3.15A / 250V 1 F1 39 JAMP 0.5mm 1 NTC Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 13

14 變壓器規格 1. Core:RM8 2. Bobbin:RM8 3. Lp = 1.7mH ±5 % between Pin 4and Pin 6 結構圖繞線資料 : Winding No ( 組別 ) Margin Tape ( 檔牆膠帶 ) 進 PIN( 腳位 ) 出 Wire &Wire Copper ( 線徑 X 股數 ) Turns ( 圈數 ) Winding Tape ( 繞線方式 ) Tape Layer ( 膠帶層次 ) Tube ( 套管 ) N x 1P ( 漆包線 ) 50TS 密繞 1 L N x 1P ( 漆包線 ) 滿層密繞 Shield 2L N 3 0 FY+ FY- 0.5 x 3P ( 三層絕緣線 ) 8TS 密繞 2 L FY+: 白 ( 紅 ) 色 FY-: 黑色 N x 1P ( 漆包線 ) 30TS 密繞 2 L 0.2 x 3P N TS 密繞 1 L ( 漆包線 ) 繞線注意事項 : 1. BOBBIN 上下二側不加安規絕緣擋牆, 進出線加絕緣套管 3. 磨 GAP 4. 絕緣含浸處理 5. 感值驗證 4 對 6 腳感值為 1.7mH ±5 % 在 65KHz, 1V 下量測 Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 14

15 測試結果 1. 效率測試條件 : i. Input voltage= 90V, 115V, 230V, 264V ii. Output= 12V 0.625A~2.5A(25%~100%) iii. Output cable:20awg,1.8m GR1230R 90V/60Hz 115V/60Hz 230V/50Hz 264V/50Hz 100% 84.75% 86.23% 87.69% 88.00% 75% 86.24% 87.16% 88.74% 88.52% 50% 87.36% 88.93% 88.33% 88.06% 25% 87.86% 88.27% 87.99% 87.56% Average 86.55% 87.65% 88.19% 88.04% 2. 空載輸入功率測試條件 : i. Input voltage= 90V, 115V, 230V, 264V ii. Output=12V / 0A iii. Output cable:20awg,1.8m iv. X.CAP=0.1uF Test data and results are as follows: Power Saving (mw) GR1230R 90V/60Hz 115V/60Hz 230V/50Hz 264V/50Hz Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 15

16 3. 輸入與負載調整率測試條件 : i. Input voltage= 90V, 115V, 230V, 264V ii. Output cable:20awg,1.8m Test data and results are as follows: Output Voltage (V) Load 90V/60Hz 115V/60Hz Line 230V/50Hz 264V/50Hz Regulation 12V 0% % 12V 25% % GR1230R 12V 50% % 12V 75% % 12V 100% % Load Regulation 3.43% 3.43% 3.43% 3.43% 4. 過電流保護測試條件 : i. Input voltage= 90V, 115V, 230V, 264V Test data and results are as follows: OLP (A) 90V/60Hz 115V/60Hz 230V/50Hz 264V/50Hz GR1230R Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 16

17 5. 輸出漣波電壓測試條件 : i. Input voltage= 90V, 115V/Hz, 230V, 264V ii. Test Point Add 10uF& 0.1uF iii. Output cable:20awg,1.8m Test data and results are as follows: Ripple & noise GR V/47Hz 115V/60Hz 230V/50Hz 264V/50Hz No-load( 線端 ) 32.8 mv 39 mv 56.2 mv 57.8 mv Full-load( 線端 ) 85.9mV 85.9mV 64 mv 79.6mV GR1230R 90Vac No-Load CH1:output (AC) GR1230R 115Vac No-Load CH1:output (AC) GR1230R 230Vac No-Load CH1:output (AC) GR1230R 264Vac No-Load CH1:output (AC) Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 17

18 GR1230R 90Vac Full-Load CH1:output (AC) GR1230R 115Vac Full-Load CH1:output (AC) GR1230R 230Vac Full-Load CH1:output (AC) GR123 R 264Vac Full-Load CH1:output (AC) Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 18

Input Power Vin(AC) GR1230R 90V/60Hz 58mW 264V/50Hz 166mW GR1230R 90Vac CH1:VCC

19 6. 輸出短路測試測試條件 : i. Input Voltage= 90V, 264V ii. 12V Output Short Test data and results are as follows: SCP Max. Input Power Vin(AC) GR1230R 90V/60Hz 58mW 264V/50Hz 166mW GR1230R 90Vac CH1:VCC CH2:QRD CH3:CS CH4:Vds GR1230R 264Vac CH1:VCC CH2:QRD CH3:CS CH4:Vds Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 19

7. QRD OVP 測試條件 : i. Input voltage= 90V, 264V ii.

GR1230R No-Load 90Vac CH1:Output CH3:QRD GR1230R No-Load 90Vac

3V GR1230R Full-Load 264Vac 3V GR1230R Full-Load 264Vac CH1:Output

20 7. QRD OVP 測試條件 : i. Input voltage= 90V, 264V ii. Photo Couple Secondary Short Test data and results are as follows: GR1230R No-Load 90Vac CH1:Output CH3:QRD GR1230R No-Load 90Vac CH1:Output CH3:QRD Output=14.3V GR1230R Full-Load 264Vac CH1:Output CH3:QRD Output=14.3V GR1230R Full-Load 264Vac CH1:Output CH3:QRD Output=13.8V Output=13.7V Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 20

21 8. MOSFET 和 Diode 電壓應力 MOS V DS (V) Diode V REC (V) Vin(AC) VAC264V VAC264V Start up Normal Ver.B Copyright Grenergy OPTO, Inc. 21

Microsoft Word - LD5515_5V1.5A-DB-01 Demo Board Manual

Microsoft Word - LD5515_5V1.5A-DB-01 Demo Board Manual Subject LD5515 Demo Board Model Name (5V/1.5A) Key Features Built-In Pump Express TM Operation Flyback topology with PSR Control Constant Voltage Constant Current High Efficiency with QR Operation (Meet