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叶盐孟
5 years ago
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1 MP V 非隔离式离线调节器输出电流高达 400mA 描述 MP174 是一款原边控制调节器, 可以在无光耦合器的条件下提供精确的恒定电压 (CV) 调节 MP174 支持降压升降压升压和反激拓扑它内部集成了 700V MOSFET, 可简化结构, 节约成本, 是离线低功率应用的理想之选, 如家用电器和备用电源 MP174 是一款绿色节能型调节器随着负载的减少, 它的峰值电流和开关频率均会随之降低这种特性使其在轻载时能达到极高的效率, 有效地提升了芯片的整体平均效率 MP174 具备多种保护功能, 包括热保护 (OTP) VCC 欠压锁定保护 (UVLO) 过载保护 (OLP) 短路保护 (SCP) 和开环保护 MP174 有小体积的 TSOT23-5 封装和 SOIC-8 封装可选特性原边 CV 控制, 支持降压升降压升压和反激拓扑集成了 700V/13.5Ω MOSFET 和高压启动电流源 <30mW 空载功耗高达 5W 输出功率最大 DCM 输出电流小于 250mA 最大 CCM 输出电流小于 400mA 低 VCC 工作电流频率折返最大频率限值峰值电流调节 VCC 自供电 OTP UVLO OLP SCP 开环保护应用家用电器白色家电和消费类电子工业控制备用电源所有 MPS 芯片都保证无铅, 无卤素, 并且遵守 RoHS 规范如需要查询具体芯片环保等级, 请访问 MPS 官网之质量保证 MPS 和 The Future of Analog IC Technology 是 MPS 的注册商标典型应用 MP174 Rev

2 订购信息产品型号 * 封装顶标 MP174GJ TSOT23-5 见下文 MP174GS SOIC-8 见下文 * 对于编带和卷盘, 请添加后缀 Z( 例如 MP174GJ Z); * 对于编带和卷盘, 请添加后缀 Z( 例如 MP174GS Z); 顶标 AKC: MP174GJ 产品代码 ; Y: 年份代码 ; 顶标 MP174:MP174GS 产品代码 ; LLLLLLLL: 批次号 ; MPS:MPS 前缀 : Y: 年份代码 ; WW: 周代码 : 封装参考图示顶视图顶视图 TSOT23-5 SOIC-8 MP174 Rev

3 绝对最大额定值 (1) 漏极电压 V 至 700V 所有其他引脚 V 至 6.5V 连续耗散功率... (T A = +25 C) (2) TSOT W SOIC-8...1W 结温度 C 引脚温度 C 存储温度 C 至 +150 C ESD 人体模型防静电能力 kV ESD 带电器件模型防静电能力 TSOT kV SOIC kV (3) 推荐工作条件工作结温 (T J) C 至 +125 C VCC 工作范围 V 至 5.6V 热阻 (4) θja θjc TSOT C/W SOIC C/W 注 : 1) 超过这些额定值可能会损坏芯片 2) 最大允许功耗是最大结温 TJ (MAX) 结温 - 环境热阻 θja 和环境温度 TA 的函数任何环境温度下允许的最大连续耗散功率由 PD (MAX) =(TJ (MAX)-TA)/θJA 计算超过最大允许耗散功率会使芯片温度过高, 导致稳压器进入热保护状态内部热保护电路保护芯片免受永久性损坏 3) 设备不能保证在其工作条件之外运行 4) 上述数据是在 JESD51-7, 4 层 PCB 板上测量所得 MP174 Rev

4 电气特性 VCC = 5.5V, T J=-40 C~125 C, 除非另有说明, 最小和最大限值是由电气特性保证, 典型值都是在 25 C 以下测试得出参数符号测试条件最小值典型值最大值单位启动电流源和内部 MOSFET ( 漏极引脚 ) 内部电流源供电电流 Iregulator VCC=4V;VDrain=100V ma 漏极引脚漏电流 ILeak VCC=5.8V;VDrain=400V μa 击穿电压 V(BR)DSS TJ=25 C 700 V 通态电阻供电电压管理 (VCC 引脚 ) Ron TJ=25 C Ω TJ=125 C Ω 内部电流源关断时 VCC 电平 ( 上升 ) VCCOFF V 内部电流源开通时 VCC 电平 ( 下降 ) VCCON V 控制内部电流源开通与关断的 VCC 迟滞 mv IC 停止工作时 VCC 电平 ( 下降 ) VCCstop V 保护模式结束时 VCC 电平 ( 下降 ) VCCpro V 内部 IC 损耗 ICC fs=28khz, D=67.8% 720 μa 内部 IC 损耗 ( 无开关时 ) ICC 200 ua 锁定关闭后内部 IC 损耗 ICCLATCH VCC=5.3V μa 内部电流检测峰值电流限值 ILimit TJ=25 C ma 前沿消隐时间 τleb1 350 ns SCP 阈值 ISCP TJ=25 C ma SCP (1) 前沿消隐时间 τleb2 180 ns 反馈输入 (FB 引脚 ) 最小关断时间 τminoff μs 最大导通时间 τmanon μs 原边 MOSFET 开通时的反馈电压阈值 VFB V OLP 触发时的反馈电压阈值 VFB_OLP V OLP 延迟时间 τolp fs=28khz 220 ms 开环检测电压 VOLD V 热保护热保护阈值 (1) 150 C 热保护恢复迟滞 (1) 30 C 注 : 1) 此参数由设计保证 MP174 Rev

5 典型特性 MP174 Rev

6 典型特性 ( 续表 ) MP174 Rev

7 典型性能曲线除非另有说明, 以下波形皆在 V IN = 265VAC, V OUT = 12V, I OUT = 300mA, L = 1.2mH, C OUT = 100μF, T A = +25 C 条件下测试得到 MP174 Rev

8 典型性能曲线 ( 续表 ) 除非另有说明, 以下皆在 V IN = 230VAC, V OUT = 12V, I OUT = 300mA, L = 1.2mH, C OUT = 100μF, T A = +25 C 条件下测试 MP174 Rev

9 引脚功能引脚 # TSOT23-5 引脚 # SOIC8 名称描述 1 1 VCC 控制电路电源供电 2 2 FB 调节器反馈 3,4 3,4 SOURCE 内部 MOSFET 源极 VCC 和 FB 引脚的接地参考 5 7 DRAIN 内部 MOSFET 漏极高压电流源输入 5,6,8 N/C 无连接 MP174 Rev

10 功能框图 Vcc Power Management Start up unit Drain Driving Signal Management Feedback control Peak current Limitation FB Protection Unit Source 图一 : 功能框图 MP174 Rev

11 工作机制 MP174 是一款绿色节能型调节器 : 当负载减少时, 峰值电流和开关频率均会随之降低这种特性使其在轻载时能达到极高的效率, 从而有效地提升电路的平均效率如典型应用图所示, MP174 仅需极少的外部元器件其他特性, 请见以下章节启动和欠压锁定内部高压电流源实现自供电功能, 它从到漏级引脚给 IC 供电当 VCC 电压达到 5.6V 时,IC 开启开关且内部高压电流源关闭当 VCC 电压降至 5.3V 以下时, 内部高压电流源开启给外部 VCC 电容充电使用小电容 ( 几 μf) 便可维持 VCC 电压, 从而降低电容成本当 VCC 电压降至 3.4V 以下时,IC 停止开关动作故障条件下如过载保护短路保护和过温保护时 IC 停止开关动作且有一个内部电流源 (~16μA) 给 VCC 电容放电直到 VCC 电压降至 2.4V 以下, 内部电流源才会再次给 VCC 电容充电可使用以下公式估算出重启时间 : CC restart C V 2.4V VCC CVCC 5.6V 2.4V 16A 4.1mA 软启动当 VCC 电压降至 3.4V 以下时,IC 停止工作 ; 当 VCC 电压充电至 5.6V 时,IC 开始工作每次芯片开始工作时都有一个软启动过程软启动通过限制最小关断时间来防止电感电流过冲 MP174 软启动最小关断时间限制分为 2 个阶段每个软启动阶段均持续 128 个开关周期软启动期间, 关断时间限值从 48μs 缩短到 24μs, 最后缩短至 12μs 的正常工作关断时间限制 ( 见图 2) Driver 恒压工作 48us 128 Switching cycle 24us 128 Switching cycle 图 2: 启动时 minoff 用于 Buck 拓扑芯片中时,MP174 相当于一个全集成的调节器, 正如第一页典型应用中所示 12us 它通过监测采样电容来调节输出电压在每个周期初始时刻, 反馈电压下降到 2.55V 基准电压以下, 表明输出电压不足, 集成 MOSFET 导通峰值电流限值决定了开启时间到达开启时间后, 集成 MOSFET 关闭当续流二极管 (D1) 导通时, 采样电容器 (C3) 的电压被充电至输出电压值这样, 采样电容器 (C3) 可以采样并保持输出电压用以调节输出电压当 L1 电感器电流低于输出电流时, 采样电容器 (C3) 电压降低当反馈电压低于 2.55 V 基准电压时, 一个新的开关周期开始图 3 详细展示了 CCM 下的工作波形 MOSFET Diode I L Ipeak I o Vo V FB 2.55V 图 3: V FB vs. V O 使用以下公式计算输出电压 : MP174 Rev

12 R1 R2 Vo 2.55V R2 频率折返和峰值电流调节 MP174 通过自动降低开关频率来保持轻载下的高效率在轻载或空载的情况下, 输出电压下降非常缓慢, 这也增加了 MOSFET 关断时间因此, 频率会随着负载的减小而降低开关频率计算公式 : f f s (V V ) V 2L(I I ) V in o o peak o in, 用于 CCM 2(Vin V O) IoVo LI V, 用于 DCM s 2 peak 同时, 随着关断时间的增加, 峰值电流限值从 660mA 逐步下降在待机模式下, 频率和峰值电流都降低到最小值, 允许较小的假负载因此, 峰值电流调节有助于进一步减少空载损耗峰值电流可以通过以下公式估算出 (τ off 指 MOSFET 的关断时间 ): I 660mA (2.4mA / s) ( 12 s) Peak EA 补偿 VFB - + EA + + M in - + off FB Comparator Vramp 斜坡补偿 MP174 采用了内部斜坡补偿电路来改善了负载调整率如图 4 所示, 增加了指数电压信号, 以降低反馈比较器的基准电压斜坡补偿是负载条件下的函数 : 在满载条件下, 补偿大约为 1mV/µs, 随着峰值电流的减小, 补偿电压呈指数增长过载保护 (OLP) MP174 的最大输出功率由最大开关频率和峰值电流限值决定如果负载电流过大, 则输出电压下降, 从而 FB 电压降低当 FB 电压下降到 1.7V 以下时, 会被认为是一个故障标志, 此时定时器启动如果计时器达到 220ms(fS=28kHz), 则会触发过载保护过载保护延迟时间可以避免电源启动或负载转换时误触发 OLP 电源启动应小于 220 ms (fs=28khz) OLP 延迟时间按以下公式计算 : 短路保护 (SCP) 28kHz Delay 220ms fs MP174 监测峰值电流, 当峰值电流通过短路保护上升到 SCP 阈值以上时关断电源一旦故障消失, 电源恢复正常运行热保护 (OTP) 为防止任何过热引起的损坏, 当结温超过 150 C,MP174 会停止开关操作在热保护 (OTP) 期间,VCC 电容器放电至 2.4V, 然后内部高压调节器重新充电当结温下降到 120 C 以下时, MP174 恢复正常工作 Vramp + V ref V Ipeak 图 4:EA 和斜坡补偿 MP174 具有内部误差放大器 (EA) 补偿环路在 MOSFET 关断 6us 后, 它会对反馈电压进行采样, 并在 2.55 V 基准电压的基础上对输出电压进行调节 MP174 Rev

13 开环检测如果 V FB 小于 0.5V,IC 将停止开关, 并重启在软启动过程中, 开环检测被屏蔽前沿消隐内部前沿消隐 (LEB) 模块避免了由于开通尖峰所引起的开关提前终止开通尖峰是由寄生电容和续流二极管反向恢复引起的在消隐时间内, 电流比较器被屏蔽, 不能关闭外部 MOSFET 图 5 显示了前沿消隐的工作机制 I DS 350ns I LIMIT 图 5: 前沿消隐 t MP174 Rev

14 应用信息图 1: 使用 MP174 的常用拓扑结构拓扑电路原理图特性高端降压 Vin DRAIN SOURCE 5 4 MP VCC FB SOURCE 1. 非隔离式 2. 正电压输出 3. 低成本 4. 直接反馈 Vo 高端升降压 Vin DRAIN 5 1 VCC FB MP174 2 SOURCE SOURCE 非隔离式 2. 负电压输出 3. 低成本 4. 直接反馈 Vo 1. 非隔离式升压 Vin DRAIN 5 MP VCC FB Vo 2. 正电压输出 3. 低成本 4. 直接反馈 SOURCE 4 3 SOURCE + V in * T * Vo 1. 隔离式 2. 正电压输出 3. 低成本 4. 间接反馈反激 DRAIN 5 1 VCC MP174 2 FB SOURCE 4 3 SOURCE * MP174 Rev

15 拓扑选项 MP174 可用于常见的拓扑结构, 如降压升降压升压和反激如表 1 所示部件选择输入电容器输入电容器为转换器提供直流输入电压图 6 显示了半波整流器和全波整流器的典型直流总线电压波形 Vin Vin V DC(max) V DC(min) V DC(max) V DC( min) DC input voltage AC input voltage DC input voltage AC input voltage 图 6: 输入电压波形图通常, 全电压输入条件下, 半波整流器需要一个 3uF/W 额定值的输入电容器 ; 当使用全波整流器时, 需选择 1.5~2uF/W 的输入电容器需要避免最小直流电压低于 70V; 过低的直流输入电压会引起热问题输出功率 <2W 的应用推荐使用半波整流器, 输出功率 >2W 的应用推荐使用全波整流器电感器 MP174 具有最小关断时间限制, 决定了最大输出功率最大输出功率随着电感量的增加而增大使用一个电感量非常小的电感器可能会造成满载时故障, 但使用较大的电感器也意味着更高的 OLP 负载故在能够提供额定功率输出的条件下, 建议选择具有较小电感量的电感器最大输出功率可根据以下公式估算出 : V P o minoff omax V o(i peak ), 用于 CCM 2L t t P omax LIpeak 2 minoff, 用于 DCM 对于大规模生产, 应考虑到参数的公差, 如峰值电流限制, 最小关断时间图 7 示例显示了 12V 输出的 P min 曲线该 P MIN 计算中使用 I peak=0.6a 且 T minoff=15μs 的最恶劣条件 P MIN (W) INDUCTANCE(mH) 图 7:12V 时 P min vs. L 对于一个 3.6W 输出转换器 (12V,0.3A), 计算得出的最小电感值约为 0.36mH 但使用 0.36mH 电感器时开关频率太高, 会导致效率低下在大电流输出应用中, 通常建议使用一种能使开关频率高于 20 khz 但又不过高的电感器为减少成本, 可使用不低于计算值的市售标准电感器续流二极管应根据最大输入电压和峰值电流来选择二极管 CCM 条件下, 续流二极管的反向恢复会影响效率和电路工作, 所以请使用超块恢复二极管, 如 EGC10JH MP174 Rev

16 输出电容器输出电容器用来维持直流输出电压估算输出电压纹波的公式为 : V CCM_ ripple i i R, 用于 CCM ESR 8f C V I I I I R s o pk o DCM_ ripple pk ESR fsc o I pk o 2, 用于 DCM 建议采用陶瓷钽或低 ESR 电解电容器, 以降低输出电压纹波反馈电阻分压电阻决定了输出电压的大小应选择合适的 R1 和 R2 值以使 V FB 保持在 2.55 V R2 通常为 5kΩ 到 10kΩ, 应避免 R2 值过大反馈电容器反馈电容器提供输出电压的采样和保持功能容量太小会导致在轻载下会负载调整率变差, 容量太大会影响电路正常工作请使用以下公式粗略估算出最佳电容值 : 假负载 1 V C V C C 2 R R I R R I o o o o FB 1 2 o 1 2 o 需要一个假负载来保证负载调整率这样就能保证有足够的电感能量给采样保持电容充电, 以便能正确检测输出电压通常需要 3mA 的假负载, 可根据输出电压大小进行调整这就需要在较小的空载损耗和良好空载调节之间进行折中考虑, 特别是对于要求 30mW 空载损耗的应用如果不考虑空载下的调整率, 可使用 zener, 以减少空载损耗 VCC 辅助供电 SOURCE MP174 VCC FB C3 SOURCE R3 R1 R2 D3 C4 D2 L1 图 8: V CC 辅助供电电路图 VOUT 对于 V O 超过 7V 的应用,MP174 可以满足 30mW 的空载损耗要求为了做到这一点, 芯片需要一个外部的 VCC 电源, 以减少整体功耗通过连接在 C3 和 C4 之间的电阻器, 可以实现 VCC 辅助供电 C4 应调整为稍大于上述的建议值为了防止 VCC 干扰 FB, 需要另外增加一个 D3, 根据下面公式计算 R3 值 Vo 5.8V R I I S 是指空载下的 VCC 损耗值 R 应根据实际 I S 值进行调整, 因为不同应用中的 I S 值会不断变化在某个特定的应用中,I S 测量值大约为 250uA 浪涌性能应选择合适的输入电容器, 以获得良好的防浪涌能力图 9 所示为半波整流器表 2 显示了正常条件下应对不同浪涌电压所需的电容值表 2 推荐值搭配使用的 FR1 为 20Ω/2W 保险电阻器,L1 为 1mH 电感 L FR1 S L1 C1 C2 N 图 9: 半波整流器 MP174 Rev

3μF 布局指南 PCB 布局对于运行的稳定性, 良好的 EMI 性能和散热性能至关重要为获得最佳效果, 请遵循以下建议 1) 输入电容器 IC 续流二极管电感器和输出电容器组成的回路包围的面积应控制到最小 2)

17 表 2: 建议电容值浪涌电压 500V 1000V 2000V C1 1μF 2.2μF 3.3μF C2 1μF 2.2μF 3.3μF 布局指南 PCB 布局对于运行的稳定性, 良好的 EMI 性能和散热性能至关重要为获得最佳效果, 请遵循以下建议 1) 输入电容器 IC 续流二极管电感器和输出电容器组成的回路包围的面积应控制到最小 2) 将功率电感器放置在远离输入滤波器的位置, 同时保持连接到电感的回路面积最小, 见以下示例 3) 在 FB 引脚和源极引脚之间, 靠近 IC 放置一个几百 pf 的电容器 4) 将 DRAIN 引脚连接至散热焊盘或大面积铺铜, 以提高散热性能设计实例以下为符合应用指南规格的设计实例 : V IN V OUT I OUT 表 3: 设计实例 85VAC to 265VAC 12V 300mA 图 10 显示了详细的应用原理图典型性能和电路波形已在典型性能特性章节中显示更多应用信息, 请参阅相关评估板数据表顶层底层 MP174 Rev

18 典型应用电路图 10 为采用了 MP174 的 12V 300mA 非隔离式电源的典型应用示例图 10:12V,300mA 典型应用 MP174 Rev

19 流程图 Power On Internal High Voltage Regulator ON Vcc Decrease to 2.4V Shut Down Internal High Voltage Regulator Y Vcc>5.6V N N Y Vcc<3.4V Stop operation Y Y Soft Start Monitor Vcc Protection Logic High? N Monitor VFB Shut Down Internal High Voltage Regulator Y Vcc > 5.6V N Vcc < 5.3V Y N Internal High Voltage Regulator ON OTP, SCP and open loop Monitor N V FB <2.55V Y V FB <1.7V Y N N V FB < 0.5V Y Open loop Logic High Y 6144 switching counter finished? N Y Continuous Fault Monitor Turn ON the MOSFET OLP= Logic High UVLO, SCP, OLP, OTP and Open loop protections are auto restart 图 11: 控制流程图 MP174 Rev

20 图 12: 故障下的信号演变图 MP174 Rev

21 封装信息 TSOT TYP 0.95 BSC TYP TYP 1 3 TOP VIEW RECOMMENDED LAND PATTERN BSC MAX SEATING PLANE SEE DETAIL "A" FRONT VIEW SIDE VIEW NOTE: GAUGE PLANE 0.25 BSC 0 o -8 o DETAIL A ) ALL DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS. 2) PACKAGE LENGTH DOES NOT INCLUDE MOLD FLASH, PROTRUSION OR GATE BURR. 3) PACKAGE WIDTH DOES NOT INCLUDE INTERLEAD FLASH OR PROTRUSION. 4) LEAD COPLANARITY (BOTTOM OF LEADS AFTER FORMING) SHALL BE 0.10 MILLIMETERS MAX. 5) DRAWING CONFORMS TO JEDEC MO-193, VARIATION AA. 6) DRAWING IS NOT TO SCALE. MP174 Rev

22 封装信息 SOIC (4.80) 0.197(5.00) (0.61) 0.063(1.60) 0.050(1.27) PIN 1 ID 0.150(3.80) 0.157(4.00) 0.228(5.80) 0.244(6.20) 0.213(5.40) 1 4 TOP VIEW RECOMMENDED LAND PATTERN 0.013(0.33) 0.020(0.51) 0.053(1.35) 0.069(1.75) SEATING PLANE 0.004(0.10) 0.010(0.25) 0.050(1.27) BSC SEE DETAIL "A" (0.19) (0.25) FRONT VIEW SIDE VIEW 0.010(0.25) 0.020(0.50) x 45o NOTE: GAUGE PLANE 0.010(0.25) BSC 0 o -8 o 0.016(0.41) 0.050(1.27) DETAIL "A" 1) CONTROL DIMENSION IS IN INCHES. DIMENSION IN BRACKET IS IN MILLIMETERS. 2) PACKAGE LENGTH DOES NOT INCLUDE MOLD FLASH, PROTRUSIONS OR GATE BURRS. 3) PACKAGE WIDTH DOES NOT INCLUDE INTERLEAD FLASH OR PROTRUSIONS. 4) LEAD COPLANARITY (BOTTOM OF LEADS AFTER FORMING) SHALL BE 0.004" INCHES MAX. 5) DRAWING CONFORMS TO JEDEC MS-012, VARIATION AA. 6) DRAWING IS NOT TO SCALE. 注 : 本文中信息如有变更, 不另通知当前所用规格, 请联系 MPS 用户应确保其对 MPS 产品的具体应用不侵犯他人知识产权,MPS 不对此类应用承担任何法律责任 MP174 Rev /11/2018 MPS 专有信息受专利保护未经授权, 请勿影印及复制

电子技术基础 ( 第版 ) 3. 图解单相桥式整流电路 ( 图 4-1-3) 电路名称电路原理图波形图整流电路的工作原理 1. 单相半波整流电路 u 1 u u sin t a t 1 u 0 A B VD I A VD R B

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