4V A CC/CV 降压转换器 概述 AP96B 是一款宽输入范围, 高效率 CC/CV 功能的降压芯片, 既可以 CV( 恒压 ) 输出也可以 CC ( 恒流 ) 输出 AP96B 最高可在 30kHz 的开关频率下提供 A 输出电流 AP96B 不需要使用高成本的精密电流采样电阻, 非常适用于有精确恒流需求的电池和适配器应用场合 通过消除产生功耗的电流采样电阻,AP96B 相比传统恒流开关稳压器拥有更高的转换效率 保护特性包括逐周期限流, 热关断以及短路频率折回等功能 芯片提供 SOP8 封装, 工作时仅需要非常少的外围器件 应用 汽车充电器 / 适配器 可充电便携式设备 通用 CC / CV 供电 稳定工作于低 ESR 瓷片电容应用以实现小型化设计 30kHz 开关频率减少 EMI 设计 无外置电流检测电阻的恒流控制可提高效率, 降低成本 通过电阻可调限流从.5A 到 3.5A 高达 0.5V 极佳的线电压补偿 ±7.5% CC 恒流精度 % 反馈电压精度 其他特性集成软启动热关断逐周期限流 SOP8 封装 封装 SOP8 特性 承受 4V 输入电压瞬间浪涌 36V 稳态工作 高达 A 输出电流 输出电压可高达 V 30kHz 开关频率 高达 9% 的转换效率 BS GND 3 4 8 7 6 5 ISET EN 典型应用电路 0-36V EC 00uF R 00K Enable C 4.7uF R3 0K 7 EN 8 ISET GND 4 BS C6 0p R4 Ω AP96B 6 C5 nf 3 5 C7.nF R5 8.K L 33uH D SK34 R6 5.3K R7 0K C8 NC VOUT 5V/.0A C 0uF EC 0uF η(%) 00 90 80 70 60 50 40 30 η vs Io =V =4V 0 500 000 500 000 Io(mA) 图 典型应用电路 图 典型效率曲线 无锡新区龙山路旺庄科技创业中心 C 幢 3 层电话 :+86(50)85778 网址 :http://www.chipown.com.cn V.0 / 9 05 Microelectronics Corp. All Rights Reserved.
订货信息 订购代码标记封装 AP96BSEER.YYWW= 日期代码 P= 封装厂 AP96B YYWWP SOP8 引脚描述 引脚序号 引脚名称 引脚功能 BS 上管栅极偏置引脚 提供 MOSFET 开关栅极驱动 从 到 BS 端连接一个 nf 电容 电源输入 接一个至少 0μF 的瓷片电容到 GND, 尽可能的靠近 IC 3 功率开关输出接到外部电感 4 GND 5 GND 引脚 连接此引脚到大面积的 PCB 铜箔以获得最佳散热面积, 以及 ISET 均参考此 GND 为信号返回点, 单点连接到功率地可获得最佳抗干扰性能 反馈输入 反馈调节电压为 0.808V 在输出和 GND 之间连接电阻分压器来设置输出电压 6 误差放大器输出 此引脚用做转换器补偿 7 EN 8 ISET 使能输入 EN 通过 0μA 电流上拉到 5V, 包含一个精确的.6V 逻辑阈值 驱动该引脚到逻辑高电平或悬空使 IC 开启 加一个逻辑低电平来关闭 IC 于此同时芯片进入关断模式 输出电流设置引脚 从 ISET 到 GND 连接一个电阻来设置输出电流 功能框图 A P EN BANDGAP, REGULATOR, & SHUTDOWN CONTROL VREF=0.808V OSCILLATOR EMI CONTROL 0.Ω BS Σ PWM CONTROLLER VREF=0.808V + - CC CONTROL 0Ω ISET 图 3 功能框图 无锡新区龙山路旺庄科技创业中心 C 幢 3 层电话 :+86(50)85778 网址 :http://www.chipown.com.cn V.0 / 9 05 Microelectronics Corp. All Rights Reserved.
绝对最大额定值 ( 注 ) 输入电压. -0.3V ~ 4V 电压. -V ~ V IN + V Boost 电压 V - 0.3V ~ V + 7V 其他引脚电压.. -0.3V ~ 6V 环境热阻 90 C/W 工作结温.-40~60 C 存储温度.. -55 C ~ 50 C 工作温度 -40 C ~ 85 C 引脚温度 ( 焊接, 0s)..300 注 : 超过这些额定值可能损坏器件 电气特性 ( = 0V, TA = +5, 除非另有说明 ) 参数 条件 最小值 典型值 最大值 单位 输入电压 0 36 V 输入电压浪涌 4 V UVLO 开启电压 输入电压上升 6 7 8 V UVLO 迟滞 输入电压下降 0. V V EN = 3V, V = V.5 ma 待机输入电流 V EN = 3V, V OUT = 5V, 无负载 3 ma 关断电流 V EN = 0V 0 ua 反馈电压 79 808 84 mv 内部软启动时间 3 ms 误差放大器跨导 V = V = 0.8V, ΔI = ± 0μA 500 μa/v 误差放大器直流增益 4000 V/V 开关频率 V = 0.808V 30 khz 短路开关频率 V = 0V 50 khz 最大占空比 98 % 最小导通时间 00 ns 极限电流跨导 V =.V 4 A/V 二级循环周期电流限制 Vout=3.5V 4.5 A 斜坡补偿 Duty = D MAX. A ISET 电压 0.98 V 室温下 ISET 到 IOUT 直流增益 I OUT / I SET, R ISET =.5kΩ 7500 A/A 恒流控制精度 R ISET = kω, V IN =4V, V OUT = 3.5V 50 ma 开环测试 EN 关断电压 EN 引脚上升. V EN 关断电压迟滞 EN 引脚下降 0 mv EN 锁定电压 EN 引脚上升.47.6.73 V EN 锁定电压迟滞 EN 引脚下降 5 mv EN 内部上拉电流 0 ua 上管导通电阻 0. Ω 关断漏电流 V EN = V = 0V 0 μa 热关断温度 温度上升 60 C 热关断温度迟滞 温度下降 40 C 无锡新区龙山路旺庄科技创业中心 C 幢 3 层电话 :+86(50)85778 网址 :http://www.chipown.com.cn V.0 3 / 9 05 Microelectronics Corp. All Rights Reserved.
功能描述 CV/CC 环路调整如功能框图所示,AP96B 是一个带 CC/CV 控制的峰值电流模 PWM 转换器, 它的运行原理如下 : 一个开关周期开始时, 振荡器时钟输出上升沿使上功率管导通且下功率管关闭 从 端来看电感被连接到, 电感电流斜线上升, 能量储存于电磁场中, 电感电流值通过电流取样放大器侦测并和三角波信号叠加 如果叠加结果大于 电压, PWM 比较器输出变高 与此发生的同一时间 ( 另一种情况是振荡器时钟输出变低时 ) 上管关闭 这时 端电感电位变为比 GND 低一个二极管压降的负电压, 这使得电感电流下降, 磁场转换为输出电能 这个状态一直维持到下一个周期开始 BS 脚泵升电压驱动上功率管, 在下管导通时它的电压为 V + 5V 电压采样 输入与内部 0.808V 基准间的误差, 如果 比基准低, 趋于变高来增加输出电流, 直到 ISET 电阻设置的 CC 限流 而在这时 IC 将从电压模式输出转换到电流模式输出, 即输出电压将随着负载的不断增加而慢慢下降 振荡器通常以 30kHz 开关, 但当 电压小于 0.6V, 开关频率会下降到 50kHz 使能引脚 AP96B 配置了一个 EN 输入引脚来实现打开 关闭 IC 功能 EN 脚内含一个精确的.6V 比较器 ( 迟滞为 5mV) 和一个大约为 0μA 的上拉电流源 这个比较器可以接到一个从 引出的电阻分压电路中, 用来设置一个比 UVLO 电压高的开启电压 也可以接到 Vout 端的电阻分压电路, 用来关闭充电应用中对深度放电电池的充电 或者被接到含有热敏电阻的分压器, 提供一个温度相关的电源切断电路来做电池过温保护功能 在这种应用中, 热敏电阻应该热耦合到电池组内 如果将 EN 脚悬空,EN 脚被内部 0μA 的电流源上拉到大约 5V EN 脚可以被高于.6V 的标准逻辑信号驱动控制, 也可以被开漏输出驱动提供开关控制 应用信息输出电压设置 R R Vout 图 4: 输出电压设置 C 图 4 显示了输出电压的设置连接方式 可根据输出电压来选择两个适当比例的反馈电阻 R 和 R 在 R 上并联一个电容有助于系统的稳定 通常, R 0kΩ, 通过以下方程确定 R : V OUT R = R 0.808V CC 电流设置 AP96B 恒流值通过 ISET 到 GND 的电阻来设置 CC 输出电流与 ISET 引脚电流成近似的线性比例 ISET 电压为 0.98V,ISET 到输出的电流增益为 7500 (7.5mA/μA) 要为所需电流确定一个合适的电阻, 请参照下图 5 Output Current(A) 4.0 3.5 3.0.5.0.5.0 0.5 0.0 Output Current vs R ISET 8 0 4 6 8 0 4 R ISET (kω) 图 5:ISET 电阻对应输出 CC 电流曲线 =4V,Vout=4V 热关断当芯片结温超过 60 C,AP96B 将禁止开关, 直到温度下降 40 C 恢复工作 无锡新区龙山路旺庄科技创业中心 C 幢 3 层电话 :+86(50)85778 网址 :http://www.chipown.com.cn V.0 4 / 9 05 Microelectronics Corp. All Rights Reserved.
6 CC/CV Curve 5V Output Voltage (V) 5 4 3 0 图 6:CC/CV 曲线 (R3=.5k, R8=5.3k, R=0k) 电感选择电感维持一个持续的电流到负载端, 电感上的纹波电流是取决于电感值的 : 大感值减小电流峰 - 峰值 但是考虑到电感值会增加磁芯面积 导线串联电阻以及也会减小一定的电流带载能力, 一般来说, 电感值基于纹波电流的需求容限来选择, 即按下式 : VOUT ( VOUT ) L = f I LOADMAX K RIPPLE 式中, 是输入电压,VOUT 为输出电压,f 为开关频率, I LOADMAX 为最大负载电流,K RIPPLE 为纹波系数 通常选择 K RIPPLE = 30% 使得纹波电流峰 - 峰值为最大负载的 30% 左右 电感值确定后, 电感电流峰 - 峰值可按下式计算 : VOUT ( -VOUT ) I LPK PK = L f 峰值电感电流按下式计算 : I = I + I LPK LOADMAX =V =4V 0 0.5.5.5 3 3.5 Output Current (A) LPK PK 选择的电感不能在电流达到 I LPK 时饱和, 最大输出电流可按下式计算 : IOUTMAX = I LIM I LPK PK L LIM 为内部限流典型值, 如电气特性所示为 4.5A 外部高压偏置二极管当系统有一路 5V 固定输入或电源适配器产生一个 5V 输出时, 建议增加一个高压偏置二极管 这样可以提高芯片的效率 可以选择一些低成本的二极管例如 IN448 或 BAT54 BS nf 图 7: 外部高压偏置二极管 也推荐在高占空比应用和高电压输出应用使用这个二极管 输入电容为了保证芯片足够低的输入纹波电压, 须仔细选择输入电容 强烈推荐使用低 ESR 电容 因为在这个电容上流过的电流变化很大, 它的 ESR 同样会影响到转换效率 输入电容须大于 0μF 瓷片电容是首选, 如果是钽电容和电解电容需考虑电容选型中额定 RMS 纹波电流比芯片工作在 VOUT/=50% 时的 RMS 纹波电流要大 ( 即大于输出电流的 50%) 输入电容要尽可能的紧靠 IC 的 IN 脚和 GND 脚, 走线也要尽可能的短 在使用钽电容和电解电容时, 如果紧挨 IC 并联了一个 0μF 瓷片电容, 钽电容或电解电容可放置的远一些 输出电容输出电容也需要用低 ESR 电容来保持低输出纹波电压 输出纹波电压可按下式计算 : VRIPPLE = IOUTMAX K RIPPLERESR + 8 f LC OUT 式中, I OUTMAX 是最大输出电流,K RIPPLE 为纹波系数,R ESR 为输出电容的 ESR 值, f 是开关频率,L 是电感值, C OUT 为输出电容值 在使用瓷片电容输出时, R ESR 非常小几乎不产生纹波, 因此, 瓷片电容的容值可相对低一些 在使用钽电容或电解电容时,R ESR 与纹波电流的乘积影响纹波电压, 这时就要选择足够低 ESR 值的电容 对瓷片输出电容来说一般选择 μf, 对钽电容或电解电容来说选择小于 50mΩ ESR 的电容 整流二极管选择肖特基二极管作为上管关闭时的续流管 选择的肖特基二极管的额定电流需大于最大输出电流, 反向耐压要大于输入电压 无锡新区龙山路旺庄科技创业中心 C 幢 3 层电话 :+86(50)85778 网址 :http://www.chipown.com.cn V.0 5 / 9 05 Microelectronics Corp. All Rights Reserved.
稳定性和补偿 C R C 图 8: 外部补偿 C 只能使用高 ESR 输出电容 IC 的反馈环路由 脚上的元件来稳定, 如图 8 所示 系统的 DC 环路增益由下式计算 : 0.808V AVDC = AVEAG IOUT 主极点 P 由 C 而来 : GEA f = P πaveac 次极点 P 是输出极点 : IOUT f = P πvoutcout 第一个零点 Z 由 R 和 C 而来 : f = Z πrc 最后, 第三个极点由 R 和 C 而来 ( 如果使用了 C ): fp3 = πrc 补偿过程可用以下步骤 : 第一步 : 设置穿越频率为 /0 的开关频率来确定 R : πvoutc OUTf R = 0G G 0.808V EA 7 5. 0 V C OUT OUT Ω 第二步 : 设置补偿零点 f Z 为 /4 的穿越频率 如果 R 小于 5kΩ, C 可按下式计算 : 5.83 0 C= ( F ) R 如果 R 限定为 5kΩ, 实际的穿越频率为 6.58 / (V OUT C OUT ), 因此 : 6 C = 6.45 0 VOUTC ( ) OUT F 第三步 : 输出电容的 ESR 足够大而在 4 倍穿越频率以下产生一个零点, 需要外加一个补偿 C 电容 使用 C 的条件是 : = ( ) 6.77 0 R ESRCOUT Min,0. 006 V COUT C 为 : COUT RESRCOUT C = R OUT ( Ω ) 虽然在输出电容 ESR 足够低时 C 不是必要的, 但使用一个小容量的 C 例如 00pF, 可以防止 PCB 寄生参数的影响而提高系统稳定性 表 展示了一些基于以上补偿方法的计算值 表 : 不同输出电压和输出电容的典型补偿参数 V out C out R C C.5V 47uF Ceramic CAP 5.6KΩ.nF None 3.3V 47uF Ceramic CAP 6.KΩ.nF None 5.0V 47uF Ceramic CAP KΩ.nF None.5V 0uF/0V/30mΩ 0KΩ.nF 47pF 3.3V 0uF/0V/30mΩ 0KΩ.nF 47pF 5.0V 0uF/0V/30mΩ 0KΩ.nF 47pF C 在高 ESR 输出电容时使用. C 47pF 为推荐值 CC 环路稳定恒流控制环路从 500mA-3000mA 输出范围采用内部补偿, 无需外加补偿元件来稳定 CC 电流 输出线阻补偿为了补偿充电器输出线上的线损,AP96B 集成了一个简单 用户可编程的线电压补偿功能, 此功能通过 脚的电阻来实现 用户可使用图 9 中展示的曲线来选择合适的电阻值连接到 其中 R 为的分压电阻中位于 与 Vout 间的电阻, 在改变 R 同时需要调整补偿, 如图 0 所示, 可以增加一个电容并联在 R 两端或加大 脚补偿电容以提高系统稳定性 Delta Output Voltage(mV) 500 450 400 350 300 50 00 50 00 50 0 Delta Output Voltage vs Output Current (vs R ) 0.0 0.5.0.5.0 Output Current(A) 图 9: 不同 R 电阻值对应线补曲线 430K 360K 300K 40K 00K 50K 00K 5K 无锡新区龙山路旺庄科技创业中心 C 幢 3 层电话 :+86(50)85778 网址 :http://www.chipown.com.cn V.0 6 / 9 05 Microelectronics Corp. All Rights Reserved.
VOUT 6) 以最短的走线连接 BS-C BS - 回路 R CFFD nf R R C C 图 0:R 补偿 PCB 推荐布局为了保证 IC 理想的性能, 请按下列内容检查 PCB 布局 : ) 排列好功率器件以减小 AC 回路面积, 包括 CIN, 脚, 脚以及肖特基二极管 ) 尽可能的将去耦瓷片电容 CIN 紧挨 IN 脚和功率地 GND( 增加通孔或以最宽, 最短的路径返回 ) 3), 和 ISET 的信号 GND 返回点以单点连接到功率地可获得最佳抗干扰性能 4) 使用铜箔铺功率地可获得最佳的散热和抗干扰性能 5) 紧挨 脚放置反馈电阻 图 : PCB 布局举例 无锡新区龙山路旺庄科技创业中心 C 幢 3 层电话 :+86(50)85778 网址 :http://www.chipown.com.cn V.0 7 / 9 05 Microelectronics Corp. All Rights Reserved.
封装信息 SOP8 c θ L' E E L L b D A A e A Symbol A A A b c D E E e L L L-L' θ Dimensions In Millimeters Dimensions In Inches Min Max Min Max.400.700 0.055 0.067 0.050 0.50 0.00 0.006.350.550 0.053 0.06 0.375 0.45 0.05 0.07 0.70 0.50 0.007 0.00 4.700 5.00 0.85 0.00 3.875 3.95 0.53 0.55 5.800 6.00 0.8 0.44.70(BSC) 0.050(BSC) 0.65 0.765 0.04 0.030.04REF 0.04REF ---- 0. ---- 0.005 0 8 0 8 无锡新区龙山路旺庄科技创业中心 C 幢 3 层电话 :+86(50)85778 网址 :http://www.chipown.com.cn V.0 8 / 9 05 Microelectronics Corp. All Rights Reserved.
重要声明芯朋微电子股份有限公司保留更改规格的权利, 恕不另行通知 芯朋微电子股份有限公司对任何将其产品用于特殊目的的行为不承担任何责任, 芯朋微电子股份有限公司没有为用于特定目的产品提供使用和应用支持的义务 芯朋微电子股份有限公司不会转让其专利许可以及任何其他的相关许可权利 无锡新区龙山路旺庄科技创业中心 C 幢 3 层电话 :+86(50)85778 网址 :http://www.chipown.com.cn V.0 9 / 9 05 Microelectronics Corp. All Rights Reserved.