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XN1043_图文

XN1043开关电源控制器集成电路

概述

XN1043 开关电源控制器集成电路

XN1043 是一款高集成度、高性能的电流模式 PWM 控制器芯片。适用于电源适配器等中大功率的开关 电源设备。 为了降低待机功耗,满足更高的绿色环保标准,芯 片提供了脉冲模式(Burst Mode)功能、极低的启 动电流和工作电流。脉冲模式即在轻载或者无负载 情况下,XN1043 可以线性地降低芯片的开关频率, 因此减少开关的损耗;同时通过优化设计,XN1043 具有极低的启动电流和工作电流,不仅有利于启动 电路设计,而且启动电路中可以使用大阻值的启动 电阻,以降低功耗,提高功率转换效率。 XN1043 内置的同步斜坡补偿电路,防止 PWM 控 制器在高占空比工作时候可能产生的谐波振荡。 XN1043 在电流采样输入引脚端内置了前沿消隐功 能,能有效去除电流反馈信号中的毛刺。有助于减 少外部元器件数量,降低系统的整体成本。 XN1043提供了多种全面的可恢复保护模式,其中 包括:逐周期电流限制保护(OCP)、过载保护 (OLP)、温度保护(OTP)、VDD过压保护(OVP)、 以及低压关闭(UVLO)。其中,为了更好的保护外 部MOSFET功率管,栅极驱动输出电压被钳位在 18V。 XN1043 内部的 OCP 阈值斜率针对 50KHz 开关频 率的应用进行了优化,通过电源线电压的补偿确保 在通用的 AC 输入范围内获得恒定的输出功率限 制。XN1043 在图腾柱栅极驱动输出端使用了频率 抖动技术和软开关控制技术,可以很好的改善开 关电源系统的 EMI 性能。通过优化设计,当芯片 的工作频率低于 20KHz 的情况下,音频能量可以 降低到最小值。因此,音频噪声性能可以获得很大 的改善。芯片可以作为线性电源或者 RCC 模式电

源的最佳替代产品,从而提高开关电源系统的整体 性能,并有效地降低系统成本。 XN1043 提供 8-Pin 的 SOP8 与 DIP8 的封装形式。
特点
? Burst Mode 功能 ? 低启动电流(6.5uA) ? 低工作电流(2.3mA) ? 内置前沿消隐 ? 内置同步斜坡补偿 ? 电流模式工作 ? 外部可编程的 PWM 开关频率 ? 外部可编程的过温保护(OTP) ? 逐周期电流限制保护(OCP) ? 可选择内建的系统 VDD 过压保护(OVP) ? 欠压锁定功能(UVLO) ? 栅驱动输出电压钳位(18V) ? 频率抖动功能 ? 恒定输出功率限制 ? 过载保护(OLP) ? 工作时不产生音频噪声
应用
通用的开关电源设备以及离线 AC/DC 反激式电源 转换器: ? 笔记本电源适配器 ? 机顶盒电源 ? 开放式开关电源 ? 电池充电器

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典型应用图

XN1043开关电源控制器集成电路

引脚定义与器件标识
XN1043 提供了 8-Pin 的 DIP8 和 SOP8 两种封装形式,顶层如下图所示:

1 GND
2 FB
3 VIN
4 RI

DIP8 SOP8

8 GATE
7 VDD
6 SENSE
5 RT

订购信息
封装形式
8-Pin DIP8, Pb-free, Have OVP 8-Pin SOP8, Pb-free, Have OVP

芯片表面标识
XN1043DP XN1043SP

X: D = DIP8, S = SOP8 P: P = Pb-free package Y: Year Code (0-9) WW: Week Code (1-52) V: 内部版本号 (可选 1-9)
采购器件名称
XN1043DP XN1043SP

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引脚功能说明

XN1043开关电源控制器集成电路

引脚名
GND FB
VIN
RI
RT SENSE VDD GATE

引脚号 DIP8/SOP8
1 2
3
4
5 6 7 8

引脚类型

功能说明

地 反馈输入
启动输入
参考设置
温度检测 电流监测 电源 驱动输出

地 反馈输入引脚。其输入电平值与第 6 引脚的电流监测值共同确 定 PWM 控制信号的占空比。如果 FB 端的输入电压大于某个设 定的阈值电压,则内部的保护电路会自动关断 PWM 输出。 通过一个高阻值的电阻连接到整流器的输出端,启动器件进入 工作状态;同时该电压被采样,以产生线电压补偿。 内部振荡频率设定引脚。RI 和 GND 之间所接的电阻决定芯片的 工作频率。 温度监测输入引脚。通过一个 NTC 电阻连接到地。 电流监测输入引脚。连接到 MOSFET 电流监测电阻端。 电源。 图腾柱栅极驱动输出引脚。用于驱动外接的 MOSFET 开关管。 内部具有电压钳位电路(18V)。

电路内部结构框图

GND

RI

VDD RT

clamp 电路
OVP/ UVLO
内部电源 产生电路
过温 保护

振荡器 触发器和
逻辑
PWM比较器

软开关 控制电路

驱动 输出

线电压补偿 和OCP比较
电路
斜波 补偿

前沿消隐 电路

过载 保护
Burst Mode

分压器

GATE VIN
SENSE
FB

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极限参数

XN1043开关电源控制器集成电路

信号符号(symbol) 参数(parameter)

值(value)

单位(unit)

VDD

DC 供电电压

30

V

VFB

FB 引脚输入电压

-0.3—7

V

VSENSE

SENSE 引脚输入电压

-0.3—7

V

VRI

RI 引脚输入电压

-0.3—7

V

VRT

RT 引脚输入电压

-0.3—7

V

TJ

操作节点温度

-20—150



TSTG

保存温度

-55—150



VCV

VDD clamp 电压

36

V

ICC

VDD DC clamp 电流

10

mA

注意:超过上表中规定的极限参数会导致器件永久损坏。不推荐将该器件工作在以上极限条件下,推荐工作条件以上,可能

会影响器件的可靠性。

推荐工作条件

信号符号(symbol) 参数(parameter)

VDD RI TA

VDD 供电电压 RI 电阻值 操作温度

ESD 参数

值(value)
12—23 24 -20—85

单位(unit)
V Kohm ℃

信号符号(symbol) 参数(parameter)

VESD-HBM VESD-MM

ESD 电容,人体模型 ESD 电容,机器模型

值(value)
3 250

单位(unit)
KV V

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XN1043开关电源控制器集成电路

电气特性参数

条件: TA=25℃,VDD=16V,RI=25Kohm (除非特别注明)

Symbol

Parameter

Conditions

Min

Typ

Max Unit

I_VDD_Startup

VDD=15V,

measure

VDD startup current

current into VDD

6.5

20

uA

I_VDD_Operation Operation Current

UVLO(ON)

VDD under voltage lockout enter

UVLO(OFF)

VDD under voltage lockout exit

OVP(ON)

VDD Over Voltage Protection Enter

OVP(OFF)

VDD Over Voltage Protection Exit

TD_OVP

OVP Debounce time

VDD_Clamp

VDD Clamp voltage

Feedback Input Section(FB Pin)

Avcs

PWM Input Gain,

VFB_Open

VFB Open Voltage

IFB_Short VTH_0D

FB pin short current Zero Duty Cycle FB Threshold Voltage

VTH_BM

Burst Mode FB Threshold Voltage

VTH_PL

Power Limiting FB Threshold

TD_PL

Power Limiting Debounce Time

ZFB_IN

Input Impedance

Current Sense Input(Sense Pin)

T_blanking

Sense Input Leading Edge Blanking Time

Zsense_IN

Sense

Input

Impedance

Over

Current

TD_OC

Detection

and

Control Delay

Current Limiting

VTH_OC_0

Threshold at No

Compensation

Current Limiting

VTH_OC_1

Threshold

at

Compensation

FB=3V
I(VDD)=5mA △VFB/△VCS Short FB pin to GND
CL=1nF at GATE I(VIN)=0uA I(VIN)=150uA

2.3

mA

9.5

10.5 11.5 V

16

17

18

V

23.5 25

26.5 V

21.5 23.2 24.7 V

80

us

36

V

2.6

V/V

6

V

0.8

mA

0.95 V

1.7

V

4.4

V

80

mSec

7.5

Kohm

300

nSec

39

kohm

120

nSec

0.85 0.9

0.95 V

0.81

V

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XN1043开关电源控制器集成电路

Oscillator

Normal Oscillation

FOSC

Frequency

Frequency

Δf_Temp

Temperature

Stability

Δf_VDD

Frequency Voltage Stability

RI_range

Operating RI range

V_RI_open

RI open voltage

F_BM

Burst mode Base frequency

DC_max

Maximum Cycle

Duty

DC_min

Minimum Cycle

Duty

Gate Drive Output

VOL

Output low level

VOH

Output high level

VG_Clamp

Output

Clamp

Voltage Level

T_r

Output rising time

T_f

Output falling time

Over Temperature Protection

I_RT

Output Current of RT Pin

VTH_OTP

OTP Threshold Voltage

VTH_OTP_off

OTP

Recovery

Threshold Voltage

TD_OTP

OTP De-bounce Time

V_RT_Open

RT Pin Open Voltage

-20℃ to 100℃ VDD=12 to 24V
Io=-20mA Io=+20mA VDD=20V CGATE=1nF CGATE=1nF

60

65

70

KHz

5

%

5

%

12

24

60

Khom

2

V

22

KHz

75

80

85

%

0

%

0.3

V

11

V

18

V

100

ns

50

ns

70

uA

1

1.065 1.13 V

1.165

V

100

uSec

3.5

V

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XN1043开关电源控制器集成电路

典型性能曲线

条件:TA=25℃,VDD=16V,RI=25Kohm(除非特别注明).

Start-up Current (uA)

VDD Start-up Current vs Voltage
12

10

8

6

4

2

0

0

2

4

6

8 10 12 14 16

VDD Voltage (V)

Istartup(uA)

VDD Startup Current vs Temperature
8

6

4

2

0

-40 -20

0

20 40 60 80 100 120

Temperature(℃ )

VDD Current (mA)

VDD UVLO and Operation Current
3.0 2.5 2.0 1.5 1.0

VDD Operation Current vs Load
6

5

Fosc=100KHz

Fosc=65KHz 4

3

Fosc=50KHz

I(VDD) (mA)

0.5

2

0.0

1

0

4

8

12

16

20

24

0

VDD Voltage (V)

500

1000

1500

Gate Drive Loading (pF)

2000

UVLO(Enter)(V)

10.50

VDD UVLO(Enter) vs Temperature

10.45

10.40

10.35

10.30

10.25

10.20

-40 -20

0

20 40 60 80 100 120

Temperature(℃ )

UVLO(Exit)(V)

VDD UVLO(Exit) vs Temperature
17.2

17.1

17.0

16.9

16.8

16.7

16.6

16.5 -40 -20 0

20 40 60 80 100 120

Temperature(℃ )

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Fosc(KHz)

XN1043开关电源控制器集成电路

150 120
90 60 30
0 12

Fosc vs RI

24

36

48

RI(Kohm)

Fosc vs Temperature
65.6

65.4

Fosc(KHz)

65.2

65.0

64.8

60

-40 -20 0

20 40 60 80 100 120

Temperature(℃ )

Vth_OC vs I(VIN)
1.0
Vth_OC(Fosc=50KHz) Vth_OC(Fosc=65KHz)
0.9

0.8

0.7

0.6 0

50

100

150

200

250

300

I(VIN) (uA)

I_RT(uA)

I_RT vs Temperature
70.4

70.2

70.0

69.8

69.6

69.4

-40 -20

0

20 40 60 80 100 120

Temperature(℃ )

Vth_OC (V)

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功能描述

XN1043开关电源控制器集成电路

XN1043 是一款高集成度、高性能的电流模式 PWM 控制器芯片。适用于笔记本电源适配器等中大功率 的开关电源设备与开关电源转换器。极低的启动电 流与工作电流、以及轻载或者无负载情况下的 burst mode 功能,都能有效的降低开关电源系统的待机 功耗,提高功率转换效率。内置的同步斜坡补偿、 反馈引脚的前沿消隐等功能不仅能减少开关电源 系统的元器件数目,还增加了系统的稳定性,避免 谐波振荡的产生。XN1043 还提供了多种全面的可 恢复保护模式。主要特点功能描述如下:
启动电流和启动控制
XN1043 的启动电流设计得很小(6.5uA),因此 VDD 能很快充电上升到脱离 UVLO 的阈值电压以上,器 件可以实现快速启动。大阻值的启动电阻可以被用 来减少功耗,并且在应用中可以简化启动电路的设 计,实现可靠的启动。对于一个典型的通用的 AC/DC 电 源 适 配 器 设 计 ( 输 入 电 压 范 围 90VAC-264VAC),一个 2M?,0.125W 启动电阻可 以和一个 VDD 电容一起提供快速和低功耗的启动 设计方案。
工作电流
XN1043 具有很低的的工作电流(2.3mA)。低工作 电流,以及 burst mode 控制电路可以有效地提高开 关电源的转换效率;并且可以降低对 VDD 保持电 容的要求。
脉冲模式(Burst Mode)
在无负载或者轻负载的情况下,开关电源中的大部 分功耗来自于 MOSFET 的开关损耗、变压器的磁

心损耗、以及缓冲电路的损耗。功耗的大小与一定 时间内 MOSFET 的开关次数成正比。减少开关次 数也就减少了功耗,节约了能源。 XN1043 内置的 Burst Mode 功能,可以根据负载情 况自动调节开关模式。当系统处于无负载或者轻/ 中负载下,FB 端的输入电压会处于脉冲模式(Burst Mode)的阈值电压(1.8V)之下。根据这个判断依 据,器件进入脉冲模式控制。栅极驱动输出端只有 在 VDD 电压低于预先设定的电平值,并且 FB 输入 端被激活的情况下才会有输出。其他情况下,栅极 驱动输出保持长关的状态以减少功耗,从而尽可能 地减少待机功耗。高频开关的特性也减少了工作时 的音频噪声。

振荡器

RI 和 GND 之间的电阻值决定了电流源对内部的电 容的充放电时间,从而确定了 PWM 的核心振荡频 率。RI 和开关频率之间的关系根据以下公式决定: (通常的工作情况下,RI 取 Kohm 的级别)

FOSC

=

1560
RI(Kohm

)

(KHz

)

电流检测和前沿消隐

XN1043 内部具有逐周电流限制(cycle-by-cycle current limiting)功能。开关电流通过检测电阻输入 到 SENSE 引脚。引脚内部的前沿消隐电路可以消 除 MOSFET 开启瞬间由于 snubber 二极管反向恢复 造成的感应电压毛刺,因此 SENSE 输入端的外接 RC 滤波电路可以省去。限流比较器在消隐期间被 禁止而无法关断外部 MOSFET。PWM 占空比由电 流检测端的电压和 FB 输入端的电压决定。

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2008 年 6 月

XN1043开关电源控制器集成电路

内部同步斜坡补偿

于 VTH_OP 时被触发进而关断 MOSFET。

PWM 产生过程中,内置的斜坡补偿电路可以在电 流检测输入端的电压基础上叠加斜波电压。这极大 地增加了 CCM 下闭环的稳定性,避免了谐波振荡, 减少了输出纹波电压。
栅极驱动
XN1043 的 GATE 引脚连接到外部 MOSFET 的栅极 以实现开关控制。太弱的栅驱动强度会导致过大的 开关损失,而太强的驱动会产生过大的 EMI。 XN1043 通过内建图腾柱栅极驱动电路的优化设 计,实现了的输出强度和死区时间控制两者之间的 良好折中。从而可以更容易的设计出理想的低待机 损耗和 EMI 系统。XN1043 还在栅极驱动输出端内 置了 18V 的钳位电路,有效地保护了外接 MOSFET 开关管。
过温保护
RT 与 GND 之间串连一个 NTC 和一个普通电阻, 可以提供温度检测和保护。NTC 电阻值随周围环境 的温度的升高而降低。随着一个固定的内部电流 IRT 流经该电阻,RT 引脚上的电压会随着环境温度 的升高而降低。内部的 OTP 电路在检测到该电压低

保护控制
XN1043 提供了全面的保护特性,系统可以获得最 高可靠性。其中包括逐周限流保护(OCP),过载 保护(OLP),过温保护(OTP),片上 VDD 过压 保护(OVP,可选),以及低压关断(UVLO)。 当流入 VIN 引脚的电流变大时,OCP 阈值会自动 降低。OCP 阈值斜率调整有助于补偿由于过流检测 和控制延迟导致的 AC 电压升高而增加的功率限 制。通过 XN1043 推荐的 OCP 补偿电路可以获得恒 定的输出功率限制。 XN1043 内置的 OCP 保护电路可以有效地检测 PWM 控制信号的占空比,并通过线电压的补偿确 保在连续交流输入电压范围内获得恒定的输出功 率限制。 在输出过载的情况下,FB 电压被偏置得更高,当 FB 输入超过功率限制的阈值电压持续 80ms,控制 电路将关断 MOSFET。同样的,控制电路在检测到 过温的情况时也会关闭 MOSFET。XN1043 在温度 低于迟滞温度值后恢复工作。VDD 由变压器的次绕 组输出提供。VDD 被钳位在 36V。当 VDD 低于 UVLO 门限的时候,MOSFET 被关断,器件随后进 入上电启动程序。

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