USB 接口 IC 典型应用电路 HM1685 CSN BST SW VIN C7 10µF C5 10µF RS 17mΩ Rcc 18kΩ C3 100nF L1 33µH C2 0.1µF VIN 6V ~ 40V FB CC CSP EC2 220µF VBUS 5V/3.0A, 9V/2A

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砂井
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HM1685 40V,4.2A 高性能 CV/CC 快充同步降压稳压器概述 HM1685 是一款高效率带 CC/CV 功能的同步降压芯片, 在 6 V ~ 36 V 宽输入范围内可提供 4.2 A 输出电流 HM1685 既可以 CV( 恒压 ) 输出也可以 CC( 恒流 ) 输出带有 CV / CC 模式, 限流和输出电压可调特别适应于 QC 2.0 / 3.0 (12 V / 1.

1 HM V,4.2A 高性能 CV/CC 快充同步降压稳压器概述 HM1685 是一款高效率带 CC/CV 功能的同步降压芯片, 在 6 V ~ 36 V 宽输入范围内可提供 4.2 A 输出电流 HM1685 既可以 CV( 恒压 ) 输出也可以 CC( 恒流 ) 输出带有 CV / CC 模式, 限流和输出电压可调特别适应于 QC 2.0 / 3.0 (12 V / 1.5 A, 9 V / 2 A 和 5 V / 3 A), Type-C PD (5 V / 3 A) 和苹果便携式设备 (5 V / 2.4 A) 的应用输出电压和 CC 限流可分别通过 FB, CSP 和 CSN 编程得到为了达到更好的 EMI 特性, 符合苹果的 MFi 标准, 开关频率固定为 130 khz 从便携式设备过流到输出电压下降到 3V 以下的软短路保护之前,HM1685 能够工作于 CC 模式自动放电电路可快速可靠的将输出电容放电, 避免过压发生故障, 以确保 QC 2.0 / 3.0 应用安全工作打嗝模式输出欠压保护可以将输入平均电流减少至 50 ma 输出线电压补偿和低压降工作的特点更适用于汽车充电器 HM1685 采用 SO8-EP 封装, 既有利于紧凑的解决方案又能更好的散热特性宽输入电压范围 6 V ~ 40 V 高达 4.2 A 输出电流高达 95 % 效率 130 khz 固定开关频率内部软启动电路输出线电压补偿输入欠压锁定输入过压保护可调恒流限制输出过压保护输出自动放电逐周期电流限制软短路电压 3 V 进入打嗝模式输出 UVP 热关断较强散热 SO8-EP 封装典型应用效率应用汽车充电器便携式充电设备 CC / CV 控制 DC/DC 转换器简化应用电路 3 4 VIN 1 VIN CSN CSP BST SW HM1685 CC C3 L1 RCC RS VOUT C1 C2 6 DAP(9) FB 2 R1 R2 C5 C4

2 USB 接口 IC 典型应用电路 HM1685 CSN BST SW VIN C7 10µF C5 10µF RS 17mΩ Rcc 18kΩ C3 100nF L1 33µH C2 0.1µF VIN 6V ~ 40V FB CC CSP EC2 220µF VBUS 5V/3.0A, 9V/2A, 12V/1.5A C4 10µF R1 82kΩ R2 24.9kΩ USB Interface IC FBD D+ D- D+ + D- _ DAP(9) EC1 100µF C1 10µF 大电流输出典型应用电路 HM1685 CSN BST SW VI N FB CC CSP VOUT 5V/3.5A DAP(9) C4 10µF RS 15mΩ RCC 18kΩ C3 100nF L1 33µH R1 82kΩ R2 24.9kΩ C7 10µF C2 0.1µF VIN 6V ~ 40V EC1 220µF C5 10µF EC2 220µF C1 10µF HM1685

3 HM1685 订货信息订购代码包装信息顶层标记 HM1685 4,000/Reel HM1685 YYWW (1) (1). YYWW = 日期代码引脚配置 Top View VIN SW FB CSN BST CSP Thermal Pad SO8-EP CC 引脚描述引脚序号引脚名称引脚功能 1 VIN 输入电压在 VIN 和之间用最短距离连接一个去耦电容 2 FB 连接反馈输入连接到输出反馈电阻的中点, 编程输出电压 3 CSN 电流限制反馈引脚负端推荐从此引脚到检测电阻用开尔文接法 4 CSP 电流限制反馈引脚正端推荐从此引脚到检测电阻用开尔文接法 5 CC 线补引脚连接一个电阻到输出来调节线补增益 6 7 BST 8 SW DAP(9) 内部 5 V 供电输入在和之间连接一个 100 nf 的电容, 使其稳定和噪声去耦自举引脚提供上管 NFET 栅极驱动在 BST 和 SW 之间连接一个 100 nf 电容上管 NFET 和下管 NFET 之间的开关节点连接此引脚到电感的开关节点地和 IC 底部散热片内部电路地引脚和功率返回引脚, 和同步管源极连接

4 HM1685 功能框图 Oscillator Soft Start Regulator VI N Thermal Protection UVLO UVLO Threshold CSP UVP Threshold UVP CSP CSP OVP Threshold OVP OVP OVP Threshold BST Supply CSN Diff Amp BST 12V Range Threshold E.A. Control Logic HS SW 9V Range Threshold (32.5mV)12V CC Limit (43.34mV)9V CC Limit (65mV)5V CC Limit MUX LS IDIS FB VREF E.A. Peak Current Threshold CC I = (CSP-CSN)K FB OVP Threshold OVP

5 HM1685 绝对最大额定值 (1) VIN V ~ 42 V SW V ~ (VIN V) 42 V BST to SW V ~ 6 V CSP, CS, CC V ~ 14 V, FB V ~ 6 V ESD 等级 ( 人体模式 )...±4 kv (2) 封装热阻 (3) ӨJA C/W 最小工作温度 TJ C 最大工作温度 TJ... 内部限制储存温度 C ~ 150 C 引脚温度 ( 焊接 10s.)..260 o C (1). 所有电压都是指对引脚的电压, 除非另有说明 ; 超过这些额定值可能会损坏器件 (2). 测试等级 Class 3A 按 ESDA/JEDEC JDS (3). 热阻是在 TA=25 C 自然对流条件下, 使用 JEDEC 51-3 热计量标准的低效单层热导系数测试板测得电气特性 (1) (V IN = 12V, TA = 25 o C, 除非另有说明 ) 参数符号条件最小值典型值最大值单位输入电压输入电压 VIN 6 40 V 输入 UVLO & OVP 输入 UVLO 阈值 VUVLO VIN 上升 V 输入 OVP 阈值 VIN_OVP VIN 上升 V 输入 OVP 迟滞 (2) VIN_OVPHYS VIN 下降 2.5 V 输入电流静态电流 ( 无开关 ) IQ VFB = 1.5 V μa 输出电压输出电压范围 VOUT V 反馈电压阈值 VFB_TH V 反馈电流 IFB na CSP OVP 阈值 VCSP_OVP VCSP 上升 V CSP OVP 迟滞 VCSP_HYS VCSP 下降 840 mv 反馈 OVP 阈值 VFB_OVP VFB 上升, % of VFB_TH 113 % 反馈 OVP 阈值迟滞 VFB_HYS VFB 下降, % of VFB_TH 2 % CSP UVP 阈值 VUVP VCSP 下降 V UVP 打嗝间隔 (2) TUVP 0.7 s 输出线补电压 OMP RCC = 18 kω, ILOAD = 2.4 A, RS = 18 mω 200 mv 自动放电阈值 VTH_DIS % of VFB_TH 113 % 自动放电电流 IDIS 60 ma 振荡器开关频率 FSW ILOAD = 1 A khz 最大占空比 (2) DMAX 99 %

6 电气特性 (1) (V IN = 12V, TA = 25 o C, 除非另有说明 ) 参数符号条件最小值典型值最大值单位 MOSFET 上管 MOSFET 导通电阻 RDS(ON)H 52 mω 下管 MOSFET 导通电阻 RDS(ON)L 52 mω 上管 MOSFET 漏电流 ILEAK_H VSW = 0 V 9 μa 下管 MOSFET 漏电流 ILEAK_L VSW = VIN 7 μa 限流上管 MOSFET 峰值限流 (2) ILIM_HS VOUT = 5 V 7.5 A RS = 15 mω, VOUT = 5 V A 恒定限流阈值 ICS RS = 17 mω, VOUT = 5 V A RS = 17 mω, VOUT = 9 V A RS = 17 mω, VOUT = 12 V A 调节器电压 _5 TA = 25 C, 0 < ICC <5 ma V 输出电流 ICC_10 VIN = 12 V, = 4.3 V, 10 ma TA = 25 C 软启动软启动时间 (2) TSS 1.6 ms 热关断热关断阈值 (2) TSDN 165 C 热关断迟滞 (2) TSDNHYS 40 C (1). 此温度范围外的规格由设计以及电路特性保证 (2). 设计及电路特征保证 HM168

7 功能描述工作说明 HM1685 是一款高效率带 CC/CV 功能的同步降压芯片, 在 6 V ~ 36 V 宽输入范围内可提供 4.2 A 输出电流输出电压和 CC 限流可分别通过 FB, CSP 和 CSN 编程得到从便携式设备过流到输出电压下降到 3 V 以下的软短路保护之前,HM1685 能够工作于 CC 模式随着斜波补偿电流模式 PWM 控制, 提供的开关和周期电流限制, 获得优异的负载和线性响应并保护内部开关正常工作期间, 内部主开关打开一段时间, 电感电流在内部振荡器的每个上升沿上升, 当峰值电感电流采样电压高于误差电压, 主开关关闭电流比较器限制峰值电感电流一旦主开关关闭, 同步整流管立即开启并维持直到电感电流衰减到零, 此状态由过零电流比较器标志给控制电路, 然后开始下一个周期输出压降补偿 RS, 检测电阻值可编程的 CV / CC 模式控制 HM1685 有 CC/CV 功能特性它工作在 CC 或 CV 模式 CC 和 CV 限制可分别通过 FB,CSP 和 CSN 编程具有可编程输出电压和恒流限制该芯片特别适用于 QC 2.0, QC 3.0 Type-C PD 和苹果便携式设备的应用 CC 模式提供精确的电流限制功能, 可通过检测电阻 RS 编程输出电流逐渐增加直至达到检测电阻设定的 CC 限流值在这一点开始, HM1685 将通过调整输出电压来调整输出电流, 随着负载增加, 输出电压会下降 HM1685 可在输出电压 5 V 时提供高达 4.2 A 电流一般情况下,3 A 输出电流足够充电应用图 1 显示了 CC 限流值对应的检测电阻 RS 既然这样, CC 限流必须设置在一个略高于 3 A 的 10% 的水平, 选择 18 mω 检测电阻可以确保 3 A 持续输出电流 CC 限流自适应于不同输出电压, 特别适用于 QC 2.0 / 3.0 的应用在充电器应用中, 大电流充电过程, 要注意输出线电压压降在某些情况下, 如果使用高阻输出线, 过多的线电压压降甚至会延长充电时间 HM1685 集成线补功能当输出电流增加, CC 引脚吸收电流进入 IC, 通过电阻 RCC 增加压降, 以增加输出电压 CC 引脚吸收电流与 CSP 和 CSN 引脚电压成正比因此, 线补功能可以通过负载增加输出电压这个 CSP 引脚测得的电压增量为线补 (OMP) RCC 的取值决定线补增益根据后面给出的检测电阻 RS 压降,RCC 的值可以用公式 1 计算 R = ( ) (1) 这里 RCC,CC 引脚和电感节点之间的电阻值 OMP,CSP 引脚测量的线补 IOUT, 输出电流 VOS, 内部偏置电压, 3.3 mv K, 一个常数, 279 µ 图 1. CC 限流 vs. RS 在 CV 模式中, 反馈电压基准为 1V, 输出电压可通过电阻 RCC, R1 和 R2 编程 RCC 和 R1 一起形成上反馈电阻,R2 为下反馈电阻无负载时, 输出电压通过公式 2 计算 V = ( ) (2)

8 这里 VOUT, 无负载时输出电压 RCC,CC 引脚和电感节点之间的电阻值 R1,CC 和 FB 引脚之间的电阻值 R2,FB 和之间的电阻值逐周期峰值电流限制峰值电流限制可防止从电感或输入端拉出过大电流过大电流可能发生短路或使电感饱和如果电感电流达到峰值电流阈值, 上管 MOSFET 关闭, 下管 MOSFET 开启, 以使电感电流斜坡下降输出过压保护 (OVP) HM1685 有两个输出 OVP 功能分别是 CSP OVP 和 FB OVP CSP OVP 直接检测输出电压如果 CSP 电压超过 CSP OVP 阈值 14 V( 典型值 ), 芯片立即停止开关, 直至 CSP 引脚电压下降到 CSP OVP 迟滞以下此功能防止输出电容被输出端高压损坏即使是反馈电阻失效开路 FB OVP 工作非常类似于 CSP OVP 除了它是检测 FB 引脚 (VFB) 一旦 VFB 上升超过反馈电压阈值的 113 %,FB OVP 将立即被触发并停止开关直到 VFB 下降到 FB OVP 迟滞 (2%) 以下, OVP 条件被移除输出自动放电 HM1685 专为 USB 接口 IC(QC 2.0 / 3.0) 工作而设计对于输出电压变化的应用,HM1685 集成输出自动放电路径, 一旦 FB 引脚电压高于反馈阈值的 113 %, 将以 60 ma 典型值通过输出电容放电此功能在高压充电方案中很重要例如, 输出电容被 HM1685 充电到高电压 ( 由快充便携设备与快充接口芯片通讯后设置 ), 如果在便携设备拔出后没有较强的放电路径, 电容要花很长时间去放电也就是说, 当断开 QC 2.0 / 3.0 设备后立刻连上传统的 5 V 便携设备时就有机会损坏 5 V 设备输入欠压锁定 (UVLO) 输入 UVLO 电路阻止转换器开启工作直至输入电压达到典型阈值 4.4 V 打嗝模式输出欠压保护 (UVP) 芯片有一个 CSP UVP 阈值如果达到这个阈值, 打嗝模式输出 UVP 被触发, 转换器被禁用并间隔大概 0.7 S 后重新软启动 HM1685 重复这个模式直到欠压条件被移除此功能防止系统由于便携式设备的硬短路和过流软短路引起损坏软启动 HM1685 实现软启动功能以减少启动时的浪涌电流一旦输入电压上升到 UVLO 阈值 4.4 V 以上, 软启动开始软启动时间典型值 1.6 ms 热关断热关断功能防止由于过热和功耗引起芯片损坏通常情况下, 热关断发生在结温 165 C 时当热关断触发, 芯片停止开关, 直至结温下降到热关断迟滞以下, 芯片又开始开关输入过压保护 (OVP) 输入过压保护时为了防止芯片在超过指定输入电压范围时被损坏一旦输入电压超过 OVP 阈值, 典型 39.5 V,HM1685 停止开关以防止 SW 引脚尖峰电压损坏芯片直至输入电压下降到低于输入 OVP 约 2.5 V 迟滞时回到正常工作

9 应用信息设计要求设计参数目标值输入电压范围 6 V ~ 40 V 典型输入电压 24 V 输出电压 5 V 输出电流 3.5 A 250 mv 表 1. 设计参数满载线补 (OMP) 设置 CC 限流简化应用电路如第一页所示图 1 显示了 5 V 输出时 CC 限流对应的检测电阻 RS 通过此图可知,RS 应该设置为 15 mω 可以输出 3.5 A 持续电流设置线补电阻线补电阻 RCC 决定线补增益通过公式 1 中的 OMP, IOUT, RS, VOS 和 K, 计算出 RCC = kω 18 kω 最接近标准值表 2 显示了 RCC = 18 kω, RS = 15 mω 时, 不同负载对应的线补电压 ILOAD (A) OMP (mv) 表 2. 不同负载对应的线补电压设置输出电压反馈电阻 R1,R2 和线补电阻 RCC 一起, 通过公式 2 编程无负载时的输出电压在 QC 2.0 / 3.0 应用中, 上反馈电阻 (RCC + R1) 一般固定为 100 kω 所以,R1 = 100 kω - 18 kω = 82 kω 通过公式 2 中的 RCC, R1 和 VOUT, 计算出 R2 = 25 kω (24.9 kω 最接近标准值 ) 电感选择由于电感的选择影响电源工作稳定性, 瞬态, 环路稳定和整体效率, 因此电感是开关电源设计中最重要的组成部分电感三个最重要的参数是电感值,DC 电阻和饱和电流 HM1685 设计的工作电感值为 15 µh ~ 47 µh 15 μh 电感封装小, 而 47 μh 电感具有较低的电感纹波电流如果输出电流通过 IC 的峰值电流限制, 用 47 μh 电感可以最大限度提供输出电流能力电感额定公差范围是 10 % ~ 30 % 根据不同电感制造商对电感饱和的规定, 在零偏置电流时, 可能会进一步减少到 20 % ~ 35 % 选择电感的最基本要求是饱和电流必须大于峰值开关电流和 DC 额定电流大于正常工作的平均电流在降压转换器中, 平均电感电流等于输出电流电感值可以通过方程 3 计算 L= ( ) ( ) (3) 这里 IL, 电感峰值纹波电流 VOUT, 无负载时输出电压 OMP,CSP 引脚测量的线补 VIN, 输入电压 FSW, 开关频率较低电感值产生较高的纹波电流, 反之亦然电感纹波电流约等于最大负载电流 (3.5 A) 的 30 %, 即 IL = 1.05 A 通过上式中的 VIN ( 典型值 ),VOUT, OMP, IL 和 FSW( 典型值 ), 计算出电感值 L=31.3 µh 通常为 33 µh 在最糟糕的情况下, 电感饱和电流必须大于最大负载电流 3.5 A, 再加上电感纹波电流的一半例如, 最大工作电压 VIN (36 V), 最小频率 (109 khz), 最小电感值 ( 标称值的 -10 % ~ -30 %), 以防止饱和表 3 列出了一些符合设计要求的典型环形电感规格

10 制造商零件号 L(µH) 匝数 KDM Magnetic Powder Cores 线径 Ø µ AL (nh/n 2 ) 尺寸 [ODxIDxH] KS A 33 ±10% x5.08x3.96 表 3. 推荐环形电感 HM168 输入电容选择输入电容可降低输入浪涌电流和芯片开关噪声输入电容在开关频率时的阻抗必须小于输入源阻抗, 以防止高频开关电流传到输入必须选用满足最大 RMS 电流的低 ESR 电容推荐使用 X5R 或 X7R 的多层陶瓷电容, 它们具有低 ESR, 低温度系数和紧凑的尺寸一个 22 µf 的多层陶瓷电容可以满足大多数应用输出电容选择输出电容要求保持输出电压纹波小且确保环路稳定输出电容必须在开关频率时具有低阻抗推荐使用 X5R 或 X7R 的多层陶瓷电容, 它们具有低 ESR 和紧凑的尺寸输出纹波 VOUT 通过下式计算 : V ( ) ESR+ (4)

输入电容必须靠近 VIN 和引脚, 并尽可能直接连接到输入电源和地这个电容给内部功率 MOSFET 提供 AC 电流 5.

11 布局建议在布局 PCB 时, 应考虑以下建议以确保 HM1685 正常工作这些建议在图 2 和图 3 中显示 1. 功率路径包括,SW 和 VIN, 应该尽可能的短, 直和宽 2. FB 引脚应直接和输出反馈分压电阻中心点连接 3. 分压电阻必须直接和输出电容, 引脚连接 4. 输入电容必须靠近 VIN 和引脚, 并尽可能直接连接到输入电源和地这个电容给内部功率 MOSFET 提供 AC 电流 5. 输出多层陶瓷电容和功率电感之间的功率路径应尽可能短, 电容的另一端应直接和大面积地连接以减少噪声 6. 保持开关节点 SW, 远离敏感的 FB 节点 7. 保持输入电容和输出电容的负端尽可能靠近 8. 用开尔文接法从检测电阻 Rs 到 CSP 和 CSN 直接连接, 以实现精确的 CC 限流 9. 使用大面积铺铜和散热过孔以获得最佳散热和噪声抑制图 2. 顶层图 3. 底层

典型性能特征所有波形测试条件为 VIN = 12 V, VOUT = 5 V,RS =

12 典型性能特征所有波形测试条件为 VIN = 12 V, VOUT = 5 V,RS = 15mΩ, 配置见手册中大电流输出典型应用电路所示 TA = 25 C, 除非另有说明图 1. 效率 vs. 负载电流, VOUT = 5 V 图 2. 效率 vs. 负载电流, VOUT = 9 V 图 3. 效率 vs. 负载电流, VOUT = 12 V 图 4. 效率 vs. 输入电压图 5. VOUT 调整率 vs. 负载电流, RCC = 0, R1 = 100 kω, RS = 0 图 6. 线补电压 vs. 负载电流, RCC + R1 = 100 kω

13 典型性能特征 ( 续 ) 所有波形测试条件为 VIN = 12 V, VOUT = 5 V,RS = 15mΩ, 配置见手册中大电流输出典型应用电路所示 TA = 25 C, 除非另有说明图 7. CCM 开关频率 vs. VIN, IOUT = 1A 图 8. CCM 开关频率 vs. 温度图 9. 参考电压 vs. 温度图 10. MOSFET RDS(ON) vs. 温度图 11. 恒流限流阈值 vs. 温度图 12. 静态电流 vs. VIN

14 典型性能特征 ( 续 ) 所有波形测试条件为 VIN = 12 V, VOUT = 5 V,RS = 15mΩ, 配置见手册中大电流输出典型应用电路所示 TA = 25 C, 除非另有说明图 13. 输出 CC/CV 曲线, VIN = 24V, RCC = 0 Ω 图 14. 电源启动图 15. 电源关断图 16. 负载响应图 17. 连续模式工作图 18. 断续模式工作

15 典型性能特征 ( 续 ) 所有波形测试条件为 VIN = 12 V, VOUT = 5 V,RS = 15mΩ, 配置见手册中大电流输出典型应用电路所示 TA = 25 C, 除非另有说明图 19. 短路保护图 20. 短路保护

16 封装信息封装外形尺寸 Symbol Dimensions in Millimeters Dimensions in Inches Min. Max. Min. Max. A A A b c D D E E E e BSC BSC L θ 0 o 8 o 0 o 8 o 备注 : 1. 此制图可以不经通知进行调整 ; 2. 器件本体尺寸不含模具飞边 ; 3. 本封装符合 JEDEC MS-012, variation BA.

17 卷带和卷轴信息 A T T1 H ØC ØD d A0 B0 K W F E1 P0 P1 P2 ØD0 ØD1 Pin 1 Quadrant UL 备注 : 1. 此制图可以不经通知进行调整 ; 2. 所有尺寸是毫米公制的标称值 ; 3. 此制图并非按严格比例, 且仅供参考 4. 此处举例仅供参考

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深圳明和科技 500mA 同步降压 DC/DC 转化器 ME3101 系列描述 : ME3101 是一款同步整流降压型 DC/DC 内置 0.6ΩPMOS 驱动管和 0.7ΩNMOS 开关管兼容陶瓷电容, 外部只需一只电感和两只电容, 可高效率的输出 500mA 内置振荡器电路, 振荡频率可达 1.2MHZ ME3101 为 PFM/PWM 型自动开关控制模式, 在满载时也能快速响应, 达到纹波小, 效率高的效果