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TEA19361T中文资料

  TEA1998TS中文资料

TEA1993TS 中文资料

USB-PD架构图

 

 

v 1:本资料中的burst mode可以理解为 突发工作模式,或是跳周期模式,间歇工作模式,翻译中基本用突发工作模式代替

v 2:本资料中的Green mode可以理解为节能模式

v 3:本资料中的Brown in/out 可以理解为AC输入过压/失压欠压

 

 

中文版本:2016-12-29  V1  (274303910@qq.com)

1 通用描述

TEA19361TNXP GreenChip系列开关电源芯片家族中的一员。它是为反激式电源而设计,可以用来作为独立式的电源转换器,或是与USB PD或是智能充电器控制IC(如TEA190x系列)一起使用。其内置的节能功能可在所有功率等级范围内都能实现很高的电源转换效率。

TEA19361T是可以实现很宽的输出范围,如5V20V的恒压(CV)模式应用。当采用二次侧控制IC时,如TEA190x系列,它同样也支持恒流(CC)模式,并低至于3V的输出电压。

在较高功率输出时,反激变换器工作于准振荡(QR)模式。在低功率场合,控制器转变为频率降低的DCM模式。此时峰值电流被限制在一个最小的水平。在所有工作模式中,都是采用谷底开关工作。

在极轻负载输出时,控制器采用突发工作模式来调节输出功率。由于集成了一种特殊的光耦电流降低调节技术,这样可以让平均光耦电流在所有工作模式下都能维持一个最小的值。这个降低的调节机制可以保证在轻载时实现极高的效率,并提供优异的空载性能。因为在突发工作模式,开关频率绝对不会超过fsw(min),并且突发重复频率也被控制到一个低的水平,因此可以避免可闻噪声产生。在突发模式中没有开关状态的时间段里,IC内部的供电电流减小这样可进一步进行效率优化。

TEA19361是基于高压绝缘硅晶片(SOI)制程。SOI制程集合了低压工艺的优点(准确度,快速实现保护,多种功能,易于控制),同样,它也保留了高压制程的特点(如高压启动,低待机功耗,输入交流电压过欠压功能检测)。

TEA19361T能够实现低成本,高效率的可靠性电源设计,通过最少的外部元件即可以实现高达75W的电源设计。

 

2 特色与优势

2.1  一般特点

·        智能充电器应用场合,适合多电压输出的应用场合

·        宽输出范围(在恒压CV模式下,5V-20V输出,在恒流CC模式下,3V-30V输出,在直接充电模式下,输出电压范围为3V-6V

·        IC封装在一个SO10封装里

·        自适应双电压供电,在整个输出电压范围内都能实现最高效率

·        IC内部集成高压启动

·        利用HV引脚,在启动以及保护时,可以实现连续的Vcc调节,这样需要的Vcc电容容量最小

·        在空载情况下,减少光耦电流实现最优待机功耗(5V输出时只有20mW

·        从空载到满载转换时,动态响应迅速

·        在所有工作模式下,输出纹波和可闻噪声都最小

·        内部集成软启动功能

 

2.2 节能特点

在全功率范围下,通过如下功能来实现高的效率:

·        在正常工作时极低的供电电流消耗(空载时仅为0.6mA

·        在突发工作模式中没有开关状态的时间段内的消耗电流很小(仅0.2mA

·        谷底检测以减少开关损耗

·        在轻载时,工作频率减少同时固定最小峰值电流以维持高的效率

2.3 保护特点

所有的保护都是安全重启保护。

·        输入电压补偿过功率保护(OPP)

·        过温保护(OTP)

·        集成过功率计时器

·        内部集成的系统故障状态重启计时器

·        利用退磁检测来实现连续模式保护

·        精确的过电压保护(OVP)

·        PROTECT引脚可作为所有保护的信息输入检测,同时可作为外置OTP功能

·        驱动最大开通(导通)时间保护

·        AC交流输入过电压/欠电压保护

3  应用场合

·        电池充电器,如智能手机或平板电脑

·        电池充电器,如更带触屏的移动终端设备

4  订购信息

1产品订购信息

TEA19361T/1  SO10

5  丝印标识

1产品订购信息

TEA19361T/1    丝印标识:TEA19361T

 

6  原理框图

1  TEA19361T的原理框图

 

7  引脚描述

7.1 引脚分布

 

2 TEA19361T SO10 引脚分布图

 

7.2 引脚描述

3 引脚描述

1       VCCH                   高压供电电压

2       GND                    

3       VCCL                    低压供电电压

4       ISENSE                电流检测引脚

5       DRIVER                门极驱动输出

6       AUX                      辅助绕组,退磁时间检测,谷底检测,过功率校正,OVP过压保护功能

7       CTRL                    控制引脚

8       PROTECT             一般功能保护,同时作为低功率模式设定

9       N.C                        高压安全距离隔离,不接

10     HV                         高压启动,市电过电压/欠电压检测                                                                               

                                                                                                                                                                                                   

 

8 功能描述

8.1 供电部分

芯片在启动和保护模式下是通过HV引脚来实现供电。当系统开始正常工作时,辅助绕组接管并开始供电。

芯片有二个供电引脚,即VCCHVCCL。低端供电是直接给芯片供电,而高压侧供引脚(VCCH)是通过一个内部电压调节器连接到VCCL引脚上面。在实际应用中,这可以支持多种输出电压场合,变压器的一对辅助绕组可以在给IC所有输出功率情况下都能供电,这样可以提高系统效率。在高的输出电压情况下,为了给IC供电,比较少匝数的绕组可以连接到VCCL引脚。在低的输出电压时,多匝数的绕组可以通过VCCH引脚向IC供电。这样的供电能力可以实现从3-20V的宽范围的输出,并以得到最优化供电。当VCCL引脚上的电压跌到Vintegd(VCCL)以下时,位于VCCHVCCL引脚之间的内部电压调节器开始工作。

所有的内部基准电源均通过集成的带隙温度补偿基准。内部电流参考源是通过微调和温度补偿参考电路来实现。

 

8.2 启动以及欠压锁定(UVLO)

在初始化时,VCCL引脚上的电容通过市电给HV引脚充电。VCCH引脚上的电压跟随VCCL的引脚电压(通过内部二极管)。通过这种方式,VCCH上的电容充满。只要VccVCCL引脚上的电压)电压低于VstartupIC消耗的电流是最小的。当Vcc电压达到Vstartup电压时,控制逻辑激活了内部电路。IC等待PROTECT引脚达到Vdet(protect)+Vdet(sys)protect并且市电增加到欠电压保护电平以上。同时,内部功率控制逻辑信号(取决于CTRL引脚上的电流)同样增加达到最大值。当所有条件都达到时,系统开始进行软启动开关。在典型应用条件下,变压器的辅助绕组接管供电。

在启动过程中,VCC引脚通过HV充电电流持续调节到Vsartup电压。引脚是一直受到调节直到输出电压达到其调节值,这是通过CTRL引脚检测实现的。通过这种方式,VCC电容值可以不必要太大。由于HV引脚从市电上得的电流能力有限,所以VCC引脚上的电压会在启动时段会稍微下跌点。

3 系统启动时序

8.3 工作模式

TEA19361T基本工作在定频DCM模式下。在轻载下,它会进入突发工作模式。在重载时,它工作于准振荡(QR)模式下,如图4所示。辅助绕组提供退磁检测信息。

4 不同的工作模式

在重载时,电源变换器工作于QR模式,每个周期开始于变压器去磁检测,并结束于谷底检测。在QR模式下,因为MOSFET的是导通的所以漏极电压是最低值,所以开关损耗降至到了最低。

当达到最大限频频率fsw(max)后,为了限制频率范围,并实现很好的效率,电源从QR模式切换到DCM模式,并采用谷底跳跃的方式来实现高效率。这样可以减少MOSFET开通损耗并减少EMI的影响。

在中等负载情况下,控制器进行频率降低(FR)模式,内部的压控振荡器(VCO)来控制工作频率,在这个模式下,最小频率是fsw(min)。为了维持较高的效率,在FR模式中。峰值电流被钳位在一个较低的水平,同时在此模式下也是谷底开关。

在轻载时,电源进入到突发工作模式。在突发工作模式下,开关频率为fsw(min)

8.4 输入市电检测

在典型应用场合下,市电检测是通过HV引脚来完成。

市电检测是这样实现的:每1ms通过将HV引脚拉低到地,并测量其上的电流,这个电流可以反应出输入电压大小。

这样系统决定是不是输入电压超过了欠电压水平(从而开始正常工作)。

当电压超过欠电压水平,系统开始启动开关。

如果市电电压连续低于过电压水平最小30ms ,那么过电压信号会被检测到,系统马上关闭开关。这个时间段是必须的,因为可以防止 在短时间内市电中断时系统停止工作。

如果检测到的电压超过了输入欠/过电压门槛值,为了提高系统效率,接下来在7ms里是停止继续测量输入电压。在突发工作模式下,等待时间会增加到104ms

8.5 辅助绕组

为了 给芯片高效地供电,VCCH以及VCCL引脚是通过一个二极管和一个电容连接在辅助绕组上面。

为了检测退磁以及输入输出电压,其中的一个辅助绕组是AUX引脚上面(通过电阻分压网络,如图19以及20)。每个开关周期是分开成几个区间。在每个区间内,系统知道AUX引脚上的电流或是电压是否反应出退磁,谷底,输出电压,或是输出电压信息(如图5所示)。

当外部MOSFET导通时,辅助绕组能够反应出输入电压大小。AUX引脚被钳位在-0.7V。输出电流是通过测量输入电压得到。这个电流值用来设定内部的过功率点(Vsense(ipk))。通过AUX引脚的电压来实现退磁,谷底检测以及输出电压检测。通过这种方式,输出电压检测以及OVP可以单独分别调整。

8.6 保护功能

如果触发了保护,IC会停止开关,为了避免误触发,其中一些保护内置了延时功能。

4 保护功能

保护

延时

IC动作

Vcc是否受到调节控制

AUX开路

等待直到AUX连接上

输入欠电压

30ms

等待直到Vmains>Vbi

最大导通时间

安全自动重启

内置OTP

4.5us

安全自动重启

外置OTP

2ms 4ms

安全自动重启

通过AUX引脚实现OVP

4个驱动脉冲[1]

安全自动重启

通过VCCL引脚实现OVP

4个驱动脉冲[1]

安全自动重启

过功率暂停保护

40ms200ms

安全自动重启

过功率+UVLO欠压

安全自动重启

过电流保护OCP

消隐时间

安全自动重启

UVLO欠压保护

等待直到Vvccl>Vstartup

[1] PROTECT的电压低于Vdet(protect)时,延时计数器即从驱动脉冲的形式转变成1ms的内部脉冲。

当系统停止开关时,VCCHVCCL引脚不再通过辅助绕组供电。由于不的保护类型,Vvccl要么被HV引脚调节到Vstartup的大小,或是直接跌到UVLO保护保护。

8.6.1 过功率保护

过功率保护功能是用来实现在最整个输入电压范围内实际最大的近似恒定功率输出。

对于一些设计成DCM模式下的应用场合,一个恒定的过功率保护可以通过让OPP过功率曲线平坦化来实现(如图6)。另一方面,设计成QR模式的时候,希望OPP可以通过市电来补偿。这样可以设定成可变的OPP曲线。

AUX引脚上的电阻来设定Iaux值。他们决定在实际应用中采用何种过功率曲线。

过功率补偿电路是通过测量AUX引脚上的电压来实现。根据不同的输入电压大小,这个电路产生出来一个过功率参考电压。如果ISENSE上的电压大于此过功率参考电压值(Vopp(isense)),DARIVER输出被拉低。过功率计时器开始计时。采用这种办法,系统每个周期就可以将最大功率值限定在额定值大小。如果过功率状态持续超过200ms的话,过功率暂停保护会被解发。图6即为过功率保护曲线。

6 过功率保护曲线

 

在系统启动过程中,最大的暂停时间被降低到40ms。当输出电压仍然在调节范围内的时候,最大的暂停时间重新设定为200ms,这样可以将输出短路时的输出功率限制在最小。短路过功率计时器确保当输出短路时,系统功率被限制在<5W

如果负载需求的功率还要高于OPP的限值的话,输出电压会因为功率限制而降低。结果就是,Vcc电压同样下降,并跌到UVLO触发保护。为了达到和过功率时同样的响应效果(不管UVLO是否被触发),系统 进入过功率保护模式当过功率和UVLO被检测到了的话。系统不会受限于OP计数器的。

8.6.2 过电压保护(OVP, AUXVCCL)

通过检测在二次级开通时的AUX引脚上的电压,来实际精确的OVP   保护。因为辅助绕组是精确反应出输出电压,所以通过外部的电阻分压比Raux2/(Raux1+Raux2)可以调节OVP大小。

另一个精确的OVP保护是连接到VCCL引脚,它通过在原边导通结束时来测量VCCL引脚上的电压超过Vovp(vccl)来实现。

由于IC内部存在4个脉冲周期的计时器,这可以预防在雷击或是ESD时的OVP误触发。

8.6.3 保护引脚(PROTECT)

PROTECT保护引脚是一个通用的保护输入引脚。它能够用来触发表4中的任何一种保护。当PROTECT引脚的电压是拉低到低于Vdet(protect)(=0.5V)时,电源变换器停止工作。

同样PROTECT可以用来实现OTP功能。为了达到OTP,可以用一个NTC(负温度系数电阻)连接在此引脚上面。当PROTECT引脚电压低于0.5V时,过温即被检测到。PROTECT向外接的NTC注入电流(最大74uA)以实现电压的建立。PROTECT引脚电压被钳位在最大1.45V。在常(室)温下,NTC电阻的阻值要远大于高温下的阻值。因为钳位的存在,PROTECT引脚流出的电流最大值即为1.45V除以电阻值,所以远低于74uA

可以在PROTECT引脚处接一个小的滤波去耦电容以消除干扰。

同时为了避免误触发,内置了一个2ms4ms的滤波器。

8.6.4 过温度保护(OTP)

如果IC结温超过温度关断保护点,内置的OTP功能会让IC停止开关动。OTP是一种安全重启模式的保护。

内置了一个温度滞环,这样IC在重启时内部温度必须降低10度才能重启。

8.6.5 最大导通时间

IC限制了MOSFET的最大导通时间为55us。当开通时间是更长的时候,IC便停止工作并进入安全重启模式。

8.6.6 安全重启

如果触发了保护并系统进入了安全重启模式(如表4所示,系统经达一定的延时(td(restart))后进入重启状态。内部的电流源会给VCCL引脚进行放电,放电的结果就是让重启时的条件和正常启动的条件状态一样。因为系统不存在开关动作,VCCL以及VCCH引脚是通过HV引脚供电(来于市电)。

在经历了重启延时后,控制IC检测输入电压。如果输入电压超过了输入掉电水平时,控制IC激活PROTECT引脚的电流源和内部电压源(他们连接在CTRL引脚上)。当这些引脚上的电压达到最小的电压时,ISENSE引脚上的软启动电容被充电,系统开始再次开关。

Vcc是持续地被调节到Vstartup电压水平,直到输出电压再次达到调到调节的电平。

 

 

 

8.7  光耦偏置调节(CTRL引脚)

典型应用场合下,输出电压(电流)是在二次侧通过TL431或是其他控制器如TEA190X来检测。反馈信号是通过光耦传递到原边。光耦将电流信息送到TEA19361CTRL引脚(如图19以及20所示)。

TEA19361TCTRL引脚上的电压相对固定(CTRL引脚的输入阻抗是Rint(ctrl))。它检测流经光耦的电流。TEA19361T将这个电流与内部的调节电流值(Iio(reg)ctrl=80uA)进行比较。差分信号是通过积分通过一个慢的时间常数(ms级)。它叠加在控制信号上用来设定输出功率。如果光耦电流(CTRL引脚处的电流)超过了调节值(Iio(reg)ctrl),控制信号减少,这样产生更低的输出功率,反之亦然。光耦电流(CTRL引脚处的电流)缓慢地调节并趋于调节值Iio(rge)ctrl。这样的结果就是在所有的功率输出情况下的稳态光耦电流都是恒定的。

7 光耦偏置调节

 

7显示的即为缓慢光耦调节环路的机理

 

除了上述所说的缓慢光耦电流调节环路之后,CTRL电流会直接进行功率控制,它是这样实现的:通过在一个6K的电阻上面建立电压来实现内部功率控制(如图7所示)。它决定了功率调节环路的瞬态形为,这和TEA1836IC类似。对于负载或是线电压的变化是通过 穿上直接光耦电流来控制,而慢的偏置环路是是简单地用来设定稳态工作点。

这种调节的优点在于:

光耦集电极的寄生参数不影响环路,所以,在微调环路特性时获得的自由度更大。

不像传统的的那样,光耦电流大,而输出功率变小,它在所有的功率条件下光耦电流维持恒定。

因为光耦电流即使在轻载时也只有仅仅80uA,负载跃阶到很大功率时会导致最大光耦电流的降低。这限制了可能的功率增加。为了应对这种可能性,偏置环路进入了快速调节模式(当很大光耦电流减少检测到的时候,如只有20uA,这样会跌出调节水平)。快速调节环路模式可以实现快速输出功率增加。

 

8.8  突发工作模式(跳周期工作模式,间隙工作模式)

当输出功率低到一定的时候,系统能支持在工作最小功率设定场合(如开关频率也在最小值),它不再减少光耦电流值到调节水平Iio(reg)ctrl=80uA。在这个场合下,光耦电流增加并超过跳周期工作模式的门槛电流Ith(burst)ctrl,这样就进入了跳周期工作模式。当在跳周期模式的关断时间段里,开关是没有的。因此,光耦电流降低。当它达到低于Ith(burst)ctrl值的时候,一个新的跳周期开关又会开始(见图8及图9)。

8提示了此IC所有的工作频率都位于可闻音频之外,最小开关频率是fsw(min),跳周期模式的重复目标时间段是tburst

输出功率的大小决定了每个跳周期阶段的脉冲数量,在比较大的功率输出情况下,开关的数量会增加。在轻载时,会降低。因为跳周期工作模式不需要关注频谱扎以可以实现轻载工作,同时限制了输出的纹波。另外,光耦电流在轻载和待机时电流都很低,这样即可以实现很低的待机功耗。

为了实现极轻载时的高效率,最小开关次数是设定为1。当达到最小开关脉冲后,跳周期的重复时间段就不能再减小了。随着功率降低,单脉冲的重复率同样也降到一个很低的值,为了进一步提高轻载能效(包括输入功耗和轻载效率),在跳周期工作模式下的没有开关周期时IC消耗的电流降到了低至240uA

8 跳周期工作模式

为了实现在增加输出负载时的良好的瞬态响应,当Ictrl跌到低于Istart(burst)以下时,系统立即开始开关动作。它会持续开关直到光耦电流超过Istart(burst)ctrl=100uA。另一方面,为了实现负载降低时的良好的瞬态响应,在负载降低时,当光耦电流超过Istop(burst)ctrl=200Ua时系统马上停止开关。在这二种情形下,通过内部数字电路计算得到的开关脉冲周期是被当前的突发工作模式周期所控制

尽管跳周期模式调节趋向于一个目标的重复频率,而实际的重复频率是低于这个目标频率的,这是因为开关周期是离散的。增加或是减少开关脉冲都会导致突发重复频率的阶变化。

9 跳周期模式下的瞬态响应

 

在接下来一个突发周期减少脉冲数量之前,必须确保重复率不能超过目标频率。因此,在跳周期工作模式的任何时刻,这实际的跳周期频率是在目标频率的一定的带宽范围内。如果跳周期脉冲数量减少,结果就是增加一个脉冲,并且带宽并得更宽(如图10所示)。

当跳周期的开通时间是比预期的周期tburst时间要长1.5倍或是更长时,系统切换到正常在工作模式。

10 跳周期频率的上下限值

 

8.9  软启动(ISENSE引脚)

为了防止在开机或是重启时有可闻噪声,IC集成了软启动功能。当变换器开始开关时,原边峰值电流通过15级缓慢增加到调节的水平值。

软启动时间常数是4ms,通过内部计时器设定。

8.10 驱动引脚(DRIVER引脚)

驱动电路的灌电流能力为300mA,抽电流能力达750mA。这样可以实现MOSFET的快速开通和关断。

驱动输出最大的电压限在10.5V。驱动输出引脚可以通过电阻或是直接接到MOSFET的门极进行驱动。

 

9 限值

 


10 推荐工作条件

 

 

 

11 热学特性

12 参数特性

  

12.1  典型的温度特性

12.1.1  启动电压

 

11 启动电压与温度的关系曲线

12.1.2  欠电压锁定门限电压

 

12 欠电压锁定门槛电压与温度的关系

12.1.3  检测电压(PROTECT引脚)

 

13 检测电压(PROTECT引脚)与温度的关系曲线

12.1.4 开关频率

14 开关频率与温度的关系曲线

12.1.5 过功率保护电压(ISENSE引脚)

15 过功率保护电压与温度的关系曲线

12.1.6 过功率保护(Iaux=1.46mA)

16 过功率保护电压(Iaux=1.46mA)与温度的关系曲线

 

12.1.7 输出电流(PROTECT引脚)

 

17  输出电压(PROTECT引脚)与温度的关系曲线

 

12.1.8 过电压保护电压(AUX引脚)

18 过电压保护电压(AUX引脚)与温度的关系

 

13 典型应用

19 TEA19361T的典型应用图

20 TEA19361TEA190xT典型应用图

14 封装

 

15 缩写

10 缩写词
CC Constant Current  恒流
CV Constant Voltage  
恒压
DCM Discontinuous Conduction Mode 
断续工作模式
EMI ElectroMagnetic Interference
电磁干扰
ESD ElectroStatic Discharge 
静电
FR Frequency Reduction 
频率降低
MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor 
金属氧化物场效应晶体管
OCP OverCurrent Protection 
过电流保护
OPP OverPower Protection   
过功率保护
OTP OverTemperature Protection  
过温度保护
OVP OverVoltage Protection  
过电压保护
QR Quasi-Resonant 
准谐振模式
SMPS Switch-Mode Power Supply 
开关模式电源
SOI Silicon-On_Insulator 
硅基绝缘
UVLO UnderVoltage LockOut  
欠压锁定
VCO Voltage Controlled Oscillator 
压控振荡器

 

16 修订历史

TEA19361T v.1

17 声明

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