开关电源知识库

XDPS2201 规格书全译 —《XDP 混合反激控制器(XDP Hybrid-flyback Controller)》

原文:Infineon《XDP Hybrid-flyback Controller XDPS2201》Datasheet R1.2,2021-06-10,共 75 页(文档参考号 IFX-mwt1553183552776)。原文 PDF:datasheet/XDPS2201_datasheet.pdf。 本篇为规格书全文忠实翻译:逐节覆盖产品概述/描述/订购与引脚配置(14 脚全列)/框图/功能描述全节(§3.1~§3.4,式 1~50 全部保留并译出变量定义)/保护与故障行为/可配置参数全表(表 5~21)与容差等级(表 22)/绝对最大额定值全表/工作范围全表/DC 电气特性全表逐行(表 26~35)/封装尺寸/版本历史/全部插图(图 1~51)清单。版权归 Infineon Technologies AG。 ⚠️ PDF 文本提取的系统性字形问题与原文内部不一致处均以「译注」标明,禁止猜测处已注明。最典型者:分数被压扁——“12”=½、“N2”=N/2、“13”=1/3(Ω、µ、k 等单位符号提取完好)。 插图为原版图翻拍(img/ds5_* 为本轮新增:典型应用、引脚配置、框图、储能分配、CRM/ZV-RVS 信号与半桥时序、ZV-RVS 谐振腔、启动时序、控制结构、过零检测、过流保护总览与 MFIO 容差曲线;img/fig* 为此前翻拍的同一规格书原图),图注标明原版图号。


1. 产品概述(Product Overview)

1.1 产品亮点(Product Highlights,全译)

1.2 特性(Features,全译)

1.3 目标应用(Target Applications)

AC/DC 开关电源(SMPS);超高功率密度适配器(> 20 W/inch³);超高效率 SMPS(> 93%)。

1.4 产品验证(Product Validation)

按 JEDEC47/20/22 的相关测试通过工业应用资格认证。

2. 描述(Description,全译)与订购信息

XDPS2201 内含一个基于非对称半桥(asymmetrical half-bridge)控制的混合反激(Hybrid-flyback)控制器。半桥驱动一只常规反激变压器与一只串联电容。变压器主电感与串联电容构成谐振腔(resonant tank),一方面用于实现半桥功率管的零电压开关(ZVS, Zero Voltage Switching),另一方面在反激变压器的常规退磁阶段提供谐振式功率传输。正常运行时,充电周期及其对应的功率传输由直接峰值电流控制;退磁阶段则为时序控制,以保证半桥功率管达到 ZVS 条件所需的适当负向预磁化。除连续谐振模式(CRM, Continuous Resonant Mode)外,IC 还提供先进的零电压谐振谷底开关(ZV-RVS, Zero Voltage Resonant Valley Switching)与突发模式,在全负载与宽输出电压范围内支持最高效率。

Sales Code 封装 SP 订购代码
XDPS2201 PG-DSO-14 SP005417712

典型应用(图 1):85~264 VAC 输入、< 75 W 高密度适配器。XDPS2201 的 MFIO 脚接配置与在线校准(Configuration & In-Circuit Calibration)接口,HSGD/LSGD 驱动半桥,HSVCC/HSGND 为悬浮驱动域供电,配合次级同步整流(SR)控制器(经 ZCD/FB 交互)与 NTC。

XDPS2201 典型应用(< 75 W 高密度适配器;原版图 1,翻拍自手册)

3. 引脚配置(原文第 1 章,图 2 + 表 1,全表)

引脚排列(PG-DSO-14):1 LSGD|2 N.A.|3 VCC|4 GND|5 ZCD|6 VS|7 HV|8 MFIO|9 FB|10 CS|11 N.A.|12 HSGND|13 HSVCC|14 HSGD。类型:O=输出,I=输入,IO=输入/输出,—=不适用。

符号 脚 类型 功能
LSGD 1 O 低侧栅驱动器:半桥驱动级的低侧栅极驱动
N.A. 2 — 不适用:内部已连接但不使用,应接 GND
VCC 3 I 正电压供电:IC 电源
GND 4 O 地:功率地与信号地合并
ZCD 5 I 过零检测:低侧栅驱动器关断后、跳周期与突发模式的暂停相位中进行过零检测;此外,低侧栅驱动器导通相位期间可测量辅助绕组上反射的输出电压
VS 6 I 电压检测:低漏电流输入检测脚,用于负向磁化控制与各项保护;VS 接电阻分压器以测量母线(bulk)电压
HV 7 I 高压输入:HV 脚经外部电阻和 2 只二极管接交流线;内部 600 V 高压启动单元用于对 VCC 的初次充电
MFIO 8 IO 多功能输入/输出:提供 UART 通信,用于参数配置与故障模式上报;还可测量所接 NTC
FB 9 I 反馈:接收光耦反馈控制信号的输入脚
CS 10 I 电流检测:高侧栅驱动器导通相位期间的电流检测输入脚
N.A. 11 — 不适用:内部已连接但不使用,应接 GND
HSGND 12 O 高侧地:悬浮驱动域的参考地节点
HSVCC 13 I 高侧电源:悬浮驱动域的供电输入
HSGD 14 O 高侧栅驱动器:半桥驱动级的悬浮高侧栅极驱动

引脚配置 PG-DSO-14(150 mil)(原版图 2,翻拍自手册)

4. 框图(原文第 2 章,图 3)

图 3 示出内部框图:HV 启动单元(闭合/断开)与启动单元驱动器、bang-bang 控制(ARM/锁存模式)、brown-in/brown-out 检测(阈值 VVSBIP/VVSSBOP/VVSFBOP/VVSOVP)、UVOFF(VVCCoff/VVCCon 迟滞)与硬件复位、保护模式(自动重启/锁存)、电源管理、Vout 启动控制、峰值功率限制与 OPP 定时器、Vout 过压(VZCDOVP)/欠压(VZCDUVP)保护、Vout 短路保护、过零检测(VZCDTHR,C1 滤波)、混合反激模式控制(CRM/ZV-RVS/DCM 运行)、PWM 逻辑与 HSUVOFF(VHSVCCon/VHSVCCoff)、隔离电平移位器与 HS 栅驱动器、LS 栅驱动器、输出电流控制律、突发模式唤醒/睡眠控制(VFBBMctrl,C2)、传播延迟补偿、逐周期峰值电流控制(PWM+OCP1,VCSSET)、二级过流检测 OCP2(VCSOCP2)、CS 短路保护、外部过温保护(RMFIOOTPtrig/RMFIOOTPrel/NOTPevmax)、UART 通信(参数化与故障模式上报)。内部数字核供电 VVDDP = 3.3 V;FB 脚带上拉电阻 RFBpu;CS 脚内部网络为 10 kΩ/1 kΩ/1 pF。

内部框图(原版图 3,翻拍自手册)

5. 功能描述(原文第 3 章)

功能描述给出集成功能/特性及其相互关系的概览。所述参数或来自第 4 章的可配置参数,或来自第 5.5 节的固定参数。包含:引言(3.1)、供电管理(3.2)、控制特性(3.3)、保护特性(3.4)。

5.1 引言(3.1)

以下简要介绍基于谐振非对称半桥反激拓扑(图 4)的混合反激变换器。功率级:Vin 经半桥(HS/LS)、谐振电感 Lr、变压器 TR(磁化电感 Lm)、谐振电容 Cr(与变压器串联)、输出二极管 Dout 与 Cout;半桥中点电流 IHB 经采样电阻 RShunt 检测(CS),辅助绕组 LAux 经 ZCD 检测。

混合反激功率级(原版图 4,翻拍自手册)

拓扑优势:扩展储能方式——与标准反激及有源钳位(Active Clamp)反激相比,同频率下可用更小的变压器:总能量不只存在变压器里,还有一部分存储在与变压器串联的外部电容 Cr 中。两者储能比例随输入电压变化:输入电压越低,存入电容的能量越多;开关频率同样随输入电压变化,类似临界导通模式反激(图 5:变压器储能 ∝ (Vin−VCr)/Vin,电容储能 ∝ VCr/Vin;fsw 介于 FMax 与 FMin 之间)。

混合反激储能分配及开关频率对输入电压的依赖(原版图 5,翻拍自手册)

ZVS/ZCS:谐振非对称半桥反激功率级在全部 Vin、Vout 条件下可实现初级零电压开关(ZVS)与次级零电流开关(ZCS)。初级功率电路由 Lr 与 Cr 构成的 LC 谐振腔实现,由类似 LLC 的半桥驱动;Lr 为串联电感——可以只是变压器漏感,或漏感加可选外部电感。该结构回收变压器漏感能量,避免传统单管反激的开关损耗。为实现全负载范围的 ZVS 最低开关损耗,提供了两种控制方法(基于 RShunt 电流信号 VCS、辅助绕组电压信号 VZCD 与谷检测数 NRVSval、输入电压 Vin):连续谐振模式 CRM(3.1.1)与零电压谐振谷底开关 ZV-RVS(3.1.3)。

5.1.1 连续谐振模式 CRM(3.1.1) CRM 中 HS 与 LS 交替开关、无消隐相位,仅半桥中点软谐振换向时存在 HS 开通的短死区 tdeadHS 与 LS 开通的短死区 tdeadLS。图 6/图 7 将谐振非对称反激占空比划分为 6 个相位:

CRM 中混合反激变换器的运行相位(原版图 6,翻拍自手册)

混合反激变换器信号波形(原版图 7,翻拍自手册)

5.1.2 ZVS 运行的边界条件(3.1.2) HS 与 LS 都要实现 ZVS 开通,需要谐振腔 LmCr 电流 IMAG 极性正确,且腔内能量足以在死区 tdeadLS/tdeadHS 内完成 VHB 换向。保证 ZVS 可避免硬开关振荡乃至最坏情况下的体二极管交叉导通(body diode cross conduction)。HS→LS 换向由正向磁化电平保证;LS→HS 换向的 ZVS 靠按输入电压 Vin 调节负向磁化电平实现。

宽 Vout 运行:输出电压可变时,若 LS 导通相位 tLSon 与 HS 开通起始时刻不自适应,Vout 降低后 t3 处退磁电流 IMAG 斜率变缓、退磁期 tdemag 变长(式 7),若仍按固定时序在 t5 时刻开通 HS,会发生 LS 体二极管交叉导通——IMAG 仍为正、VHB 未换向、体二极管续流未结束。按 Vout 自适应脉冲时序即可在全输出电压与负载下达到 ZVS(见 3.3.1.2.1)。图 8 示出该失效情形。

5.1.3 零电压谐振谷底开关模式 ZV-RVS(3.1.3) 负载减小时,CRM 中循环磁化能量相对传输能量比例增大;Vout 降低时退磁时间超过 LrCr 腔谐振半周期,会引发进一步的半桥谐振振荡;LS 在 IHB 振荡期间关断还会因副边漏感引起副边振荡。低输出电流下增大的半桥环流限制了 CRM 的效率上限。为此实现 ZV-RVS 模式:固定峰峰磁化电流、配合频率折返(frequency foldback)运行,降低平均循环磁化电流。ZV-RVS 基于 ZCD 脚对辅助绕组 LAUX 信号的谷检测。变压器退磁结束后的自由振荡与标准反激相同;LAUX 下降沿对应 VHB 上升,反之亦然。为优化运行,在每个 HS+LS 开关周期后插入等待间隙 twaitgap,增大半桥开关周期;twaitgap 取决于设定的跳谷数(skipped valleys)——跳过的谷数随负载减小而增多。ZVS 脉冲之后仅执行一个 HS+LS 半桥开关周期及随后的 twaitgap。ZVS 脉冲的生成方式:在 ZVS 条件下开通 LS,强制负半桥电流电平 IMAGneg 使变压器负向磁化——从而为 HS 开通创造与 CRM 相同的 ZVS 条件(3.1.1)。运行分 8 个相位(图 9):

工作于 ZV-RVS 模式的混合反激(原版图 9,翻拍自手册)

5.1.4 输出控制方法(3.1.4,式 1~8)

CRM 输出电流控制:可占空比控制,或 HS 峰值电流控制 + LS 导通时间控制的组合。HS 占空比控制下 Vout 与 Vin 关系如下(后续各式均基于理想无损元件并忽略死区):$$V_{out} = D \times V_{in} \times \frac{L_m}{L_m+L_r} \quad \text{(式 1)}$$

译注:原文提取作 “D × Nin × Lm/(Lm+Lr)”——“Nin” 系 “Vin”(V 带下标 in)提取错位;且提取文本无法确认匝比 N 是否位于分母。结合式 4(VCr_avg = N×Vout)的量纲自洽关系,完整式应为 Vout = D×Vin×Lm/(N×(Lm+Lr));请以原 PDF 公式图形为准。

占空比 D 由下式确定(tHSon、tLSon 为 HS/LS 开关导通时间;N 为变压器初次级匝比):$$D = \frac{t_{HSon}}{t_{HSon}+t_{LSon}} \quad \text{(式 2)}$$ 式 1 表明 Vout 与输出电流 Iout 无关。与标准反激控制器相同,仍可采用初级峰值电流控制,使系统成为一阶系统、便于环路补偿。每个半桥开关周期取用的输入功率取决于谐振电容 Cr 上的电压——Cr 在导通期 tHSon 内由 IHB 充电:$$P_{in} = \tfrac{1}{2}\times V_{Cr\_avg}\times (I_{MAGpos}+I_{MAGneg}) \quad \text{(式 3)}$$ VCr_avg 为 Cr 的平均电压,即反射输出电压(输出电压在 LS 导通期反射到绕组 LAUX):$$V_{Cr\_avg} = N\times V_{out} \quad \text{(式 4)}$$ 理想无损耗系统 Pout = Pin,由此得到输入半桥电流 IHB 与平均输出电流 Iout 的直接关系:$$I_{out} = \frac{P_{out}}{V_{out}} = \tfrac{1}{2}\times N\times(I_{MAGpos}+I_{MAGneg}) \quad \text{(式 5)}$$ 式 5 表明:只须控制 IMAG 即可控制 Iout,且与 Vin、Vout 无关——这与标准反激控制器(峰值电流控制的是输出功率,与输出电压无关)不同。混合反激以两种方式控制磁化时间 tmag 与退磁时间 tdemag(图 7):tmag 主要由正半桥电流电平 IMAGpos 控制(经 CS 脚在 RShunt 上做峰值电流控制);tdemag 由调节 tLSon 控制。保持 IMAGpos 不变时增大 tdemag 即增大负磁化电流电平 IMAGneg。输出过流期间,因 HS 开通前需等待过零检测,tdemag 可临时长于 tLSon。各量关系:$$t_{mag} = \frac{L_m\times(I_{MAGpos}-I_{MAGneg})}{V_{in}-V_{Cr\_avg}} \quad \text{(式 6)}$$ $$t_{demag} = \frac{L_m\times(I_{MAGpos}-I_{MAGneg})}{N\times V_{out}} \quad \text{(式 7)}$$

ZV-RVS 输出电流控制:ZV-RVS 在 CRM 基础上加入等待间隙 twaitgap——既不从输入取能也不向输出传能,把由 LS 导通时间决定的最小关断时间拉长。由图 10 推得:Iout 随 twaitgap 增大而减小。由此获得两个控制自由度:半桥电流 IHB 与延长后的半桥开关周期 tHBperiodex:$$I_{out} = \frac{P_{out}}{V_{out}} = \frac{t_{HBperiod}}{t_{HBperiodex}}\times\tfrac{1}{2}\times N\times(I_{MAGpos}+I_{MAGneg}) \quad \text{(式 8)}$$

ZV-RVS 模式运行时 LrCr 谐振腔与 IMAG 电流(原版图 10,翻拍自手册)

5.2 供电管理(3.2)

供电管理保证 IC 运行可靠稳健。IC 运行模式不同,供电管理单元对 VCC 的供电方式也不同:VCC 电容充电与启动时序(3.2.1);吸合相位的 bang-bang 模式(3.2.2);保护模式中的 bang-bang 模式(3.2.3);突发模式期间的 VCC 供电(3.2.4)。

5.2.1 VCC 电容充电与启动时序(3.2.1) VCC 启动时,CVCC 由内部 HV 启动单元经 HV 脚充电(图 11)。HV 脚外接电阻 RHV 串 2 只二极管接 VAC。当 VVCC 低于 IC 失活阈值 VVCCoff(3.4.2)时内部 HV 启动单元开通。VCC 电压在 t0 超过阈值 VVCCon 后,HV 启动单元关断,IC 开始内部硬件初始化流程(图 12)。随后在 t2 达到 brown-in 条件后(3.4.4.1)开始半桥栅驱动操作。此期间 VCC 电容放电,直到 t3 外部 VCC 自供电接管、把 VCC 稳在 VVCCss。

典型启动时序(原版图 12,翻拍自手册)

5.2.2 吸合相位的 bang-bang 模式(3.2.2) brown-in(吸合)相位中 IC 监视 VS 脚电压以判断 Vin 吸合条件;此阶段 VCC 尚未由变压器自供电。为在 Vin 吸合条件达成时立即快速起振,VCC 须维持高电平,为 VCC 自供电接管留足时间。Vin 吸合相位的 bang-bang 模式(HV 启动单元的滞环开关控制)保证高 VCC 电平——可由 Vin 吸合保护或快/慢 Vin 掉电保护触发(图 13,3.4.4)。图 14 示出掉电检测后的 bang-bang 运行:t0 检测到 brown-out 后 IC 立即进入降耗睡眠模式(电流 IVCCBB)。HV 启动单元开通,把 VCC 充到 VVCCon;随后 IC 激活一段时间 tVSBIdet 以检测 Vin 吸合条件,之后再次进入睡眠。t1 时刻 Vin 吸合条件已达成但 IC 仍休眠;到 t2、VCC 超过 VVCCon 使 IC 激活后,才检测到 Vin 吸合条件。

5.2.3 保护模式运行中的 bang-bang 模式(3.2.3) 由自动重启模式或锁存模式触发的 bang-bang 模式,使 IC 在锁存与自动重启期间无需外部 VCC 供电即可运行(3.4.1):直接控制 HV 启动单元——VCC 达 VVCCon 关断,经过时间 tARMbase 后再开通(图 15)。此期间 VCC 保持高电平,以保证一旦触发即可正常重启;VCC 电流降至 IVCCBB。自动重启模式下另有计数器:累计 NARMstep 个 HV 启动单元充电周期后发起重启(图 16)。锁存运行只能靠断开交流线复位——VCC 跌破 VVCCoff 即发生硬件(HW)复位。

5.2.4 突发模式(BM)期间的 VCC 供电(3.2.4) 突发模式中 IC 反复进入省电模式,电流降至 IVCCBMpsm。进出该模式由 FB 脚反馈电压与唤醒/睡眠控制阈值 VFBBMctrl 比较(3.3.4.2)控制。此外还设有 VCC 脚唤醒阈值 VVCCslpHVon:VVCC 跌破该阈值即开通 HV 启动单元,以使 HSVCC 脚电压高于 VHSVCCon 阈值。HV 启动单元在 IC 经 FB 唤醒或 VVCC 超过 VVCCon 时关断;且进入突发模式时仅发起一个 HV 充电周期。

注意(原文 Note):系统设计应保证稳态突发模式期间 VVCC 始终远高于 VCC 唤醒阈值 VVCCslpHVon,以避免因从输入高压给 VCC 电容充电而增大偏置损耗。

图 17 示出反馈电压跌破突发进入阈值 VFBBMen 后稳态突发模式的 VVCC 与 IVCC:t0 处的大幅负载跌落可因 Vout 过冲使光耦反馈网络饱和,VVCC 大幅下降、VFB 上升时间显著拉长至 t2;t1 时刻 VCC 跌破 VVCCslpHVon、开通 HV 启动单元,流入 HV 的平均电流 IHV(avg) 取决于 VAC,经 VCC 脚以 IVCCchrg(avg) 给 VCC 电容充电;t2 时刻 IC 经 FB 唤醒、HV 启动单元关断;t3 反馈电压跌破 VFBBMctrl,IC 进入省电模式。

5.3 控制特性(3.3)

本章包含混合反激 PWM 生成与半桥栅驱动的全部功能(表 2)。PWM 生成分为模式控制与输出电流控制两部分:输出电流控制在 HS 导通期 tHSon 内以峰值电流控制正磁化电平 IMAGpos(图 18),并决定 ZV-RVS 中谷数的变更;PWM 控制保证逐周期 ZVS 开关。模式控制直接决定半桥 PWM 时序——死区 tdeadLS、tdeadHS 与低侧导通时间 tLSon,从而为 CRM/ZV-RVS/DCM 各模式确定负磁化电平 IMAGneg。

混合反激控制结构(原版图 18,翻拍自手册)

表 2 控制特性:输出控制(3.3.1)|模式控制(3.3.2)|突发模式控制(3.3.4)|Vout 启动控制(3.3.3)|频率抖动(3.3.5)|半桥栅极驱动器(3.3.6)。

5.3.1 输出控制(3.3.1) 连续开关运行时,输出电流仅由正/负磁化电流电平 IMAGpos、IMAGneg 按式 5 控制;FB 脚反馈电压与内部电流设定点 ISET 之间为线性关系(3.3.1.3),该线性关系靠逐周期按 Vin(3.3.1.1)与 Vout(3.3.1.2)调整 tLSon、进而调整 IMAGneg 来实现。IMAGpos 即经 CS 脚在 RShunt 上控制的正半桥峰值电流(图 19):$$V_{CSpeak} = I_{HBpeak}\times R_{Shunt} = I_{MAGpos}\times R_{Shunt} \quad \text{(式 9)}$$ 输出电压经 ZCD 脚在辅助绕组测量,用于保护功能(3.4.8)与峰峰磁化电流 IMAGpp 补偿,以保证宽输出电压范围内的 ZVS(3.3.1.2)。

3.3.1.1 宽输入电压范围保持 ZVS:靠各运行模式下对负磁化电平 IMAGneg 的 Vin 前馈补偿实现。输出电流控制基于标称输出电流 Ioutnom¹(可配置,表 5)设计:$$I_{outnom} = \tfrac{N}{2}\times I_{MAGposnom}(V_{in};V_{out};Mode) + I_{MAGneg}(V_{in};Mode) \quad \text{(式 10)}$$ CS 峰值电流控制因此取决于输入、输出电压与模式(它们直接影响 IMAGneg)。IMAGneg 已按 Vout 补偿(3.3.1.2),故输入电压补偿只需最小/最大 Vin 两个设定点(图 20):最小 Vin——IMAGnegnom²(可配置,表 6)引起的自然自由振荡应能完成中点完全换向;最大 Vin——CRM 用 IMAGnegmaxCRM²、ZV-RVS 用 IMAGnegmaxRVS²(两者可不同)设定所需的额外负磁化。

3.3.1.2 宽输出电压范围保持 ZVS:Vout 降低时变压器退磁时间 tdemag 延长、时间周期 tTRANS 变长。靠调整 LS 导通时间 tLSon 匹配变化后的 tTRANS,在恒定输出负载下保持同一 IMAGneg(图 21)。tTRANSRVS0V 为 Vout = 0 V 时的时间周期,由 tTRANSRVS0V%³(可配置,表 6)导出:$$t_{TRANSRVS0V} = t_{TRANSRVS0V\%}\times t_{TRANSnom} \quad \text{(式 11)}$$

3.3.1.2.1 CRM 中的逐周期 ZVS 运行:Vout 快速下降(图 8)或 IMAGpos 快速上升(3.3.2.5)时,固定 LS 导通时间下退磁时间可能过短,造成硬开关甚至变压器仍正向磁化时的体二极管交叉导通。为保证逐周期 ZVS,控制器仅在 ZCD 脚电压(图 18)指示 VHB 正在变化时才开通 HS。做法:以目标延时 tLS2ZCD(LS 关断下降沿到 ZCD 脚随后出现的下降沿)为目标调节 IMAGneg(图 22)。LAUX 极性须满足:VHB 上升对应 VZCD 下降。控制器观测 tLS2ZCD,必要时延长下一次 LS 导通期。图 22 例:相位 t2~t3 中,死区 tdeadHS1 由较小的 IMAGneg1 决定,VHB 上升斜率慢、过零检测延迟,t3 开通 HS 未达完全 ZVS;把增大后的延时作为输入,在相位 t5~t6 延长 LS 导通时间,间接把负半桥电流提高到 IMAGneg2。LS 的 ZVS 条件靠合理设定死区 tdeadLS 保证(3.3.2.1)。仅 DCM 极轻载时第一个 LS 开通周期可能出现部分硬开关——且只发生在长等待期、退磁已完成之后,不引起体二极管导通问题(3.3.2.3)。

利用 LAUX 的过零检测确保 ZVS 运行(原版图 22,翻拍自手册)

5.3.1.3 输出电流控制律(3.3.1.3,式 12~21) 图 23 示出从 FB 反馈输入到 CS 峰值电流设定的控制路径:请求的输出电流对应反馈信号的内部 ISET;再按 Vin 测量与模式运算出所需峰值电流设定。反馈电压 VFB 与 Iout 在最大输出电流边界 IoutOCP1max 与突发进入电流 IoutBMen 之间线性相关(图 24)。可配置电流设定点 ISETxxx% 以标称设定点 ISETnom% 的百分比定义;ISETnom% 决定 FB 工作电压范围 VFBOPmax 的百分比位置 VFBnom,ISETnom% = 50%(作为无量纲系数使用):$$V_{FBnom} = I_{SETnom\%}\times V_{FBOPmax} + V_{FBOPmin} \quad \text{(式 12)}$$

原文 Note:突发模式退出阈值设定点 ISETBMex% 仅在突发模式期间有效,仅作内部比较参数,不对应反馈电压电平(3.3.4.4.1);ISETstmax% 同理,仅在 Vout 启动控制(3.3.3)期间有效,用于提供额外的输出充电电流。

图 25 示出各可配置设定点及其与 VFB 的关系。其余设定点 ISETxxx% 对应的反馈电压:$$V_{FBxxx} = I_{SETxxx\%}\times I_{SETnom\%}\times V_{FBOPmax} + V_{FBOPmin} \quad \text{(式 13)}$$ 偏移 VFBOPmin 考虑了光耦输出进入饱和前的最小工作电压电平。CS 脚峰值电流设定:将 RShunt 电压与内部导出阈值 VCSxxx 比较,IMAGxxx = VCSxxx/RShunt:$$I_{MAGxxx} = \frac{V_{CSxxx}}{R_{Shunt}} \quad \text{(式 14)}$$ VCSxxx 除 ISET% 外还取决于 Vin 与模式:CRM 运行:$$V_{CSxxx} = I_{SETxxx\%}\times I_{SETnom\%}\times V_{CSOPmax} + I_{MAGneg}(V_{in})\times R_{Shunt} \quad \text{(式 15)}$$ ZV-RVS 运行:$$V_{CSxxx} = \frac{t_{HBperiod}}{t_{HBperiodex}}\times\Big[I_{SETxxx\%}\times I_{SETnom\%}\times V_{CSOPmax} + I_{MAGneg}(V_{in})\times R_{Shunt}\Big] \quad \text{(式 16)}$$ VCSOPmax 为 CS 脚最大工作电压范围。RShunt 按标称输出电流 Ioutnom 与标称设定点 ISETnom% 设计(ISETnom% 同时决定 CS 脚 VCSOPmax 的百分比位置 VCSOPnom):$$R_{Shunt} = \tfrac{N}{2}\times\frac{I_{SETnom\%}\times V_{CSOPmax}}{I_{Outnom}} \quad \text{(式 17)}$$

译注:原文提取作 “RShunt = N2 × ISETnom%/IOutnom × VCSOPmax”,“N2” 即 N/2(全局译注见文首)。

在 Vin(min)、Vin(max) 两个角落,标称设定点 ISETnom% 下的预期峰值电流设定可按下式计算:CRM(最小峰值电流设定,标称负载、Vin(min)):$$V_{CSnom(min)} = I_{SETnom\%}\times V_{CSOPmax} + I_{MAGnegnom\%}\times\frac{2\times I_{Outnom}}{N}\times R_{Shunt} \quad \text{(式 18)}$$ ZV-RVS(同上条件):$$V_{CSnom(min)} = \frac{t_{HBperiod}}{t_{HBperiodex}}\times\Big[I_{SETnom\%}\times V_{CSOPmax} + I_{MAGnegnom\%}\times\frac{2\times I_{Outnom}}{N}\times R_{Shunt}\Big] \quad \text{(式 19)}$$ CRM(最大峰值电流设定,标称负载、Vin(max)):$$V_{CSnom(max)} = I_{SETnom\%}\times V_{CSOPmax} + I_{MAGnegmaxCRM\%}\times\frac{2\times I_{Outnom}}{N}\times R_{Shunt} \quad \text{(式 20)}$$ ZV-RVS(同上条件):$$V_{CSnom(max)} = \frac{t_{HBperiod}}{t_{HBperiodex}}\times\Big[I_{SETnom\%}\times V_{CSOPmax} + I_{MAGnegmaxRVS\%}\times\frac{2\times I_{Outnom}}{N}\times R_{Shunt}\Big] \quad \text{(式 21)}$$

3.3.1.3.1 CRM 期间的电流控制:CRM 中 IMAGneg 只按 Vin 控制到目标值(3.3.1.1),由调整 tLSon 实现;Iout 与正磁化设定电平呈线性:$$I_{out} = \tfrac{N}{2}\times I_{MAGpos}(V_{in}) + I_{MAGneg}(V_{in}) \quad \text{(式 22)}$$ IMAGpos 由 CS 峰值电流控制,基于与内部目标电流设定点 ISET 的关系;ISET 是 Iout 的比例表示:$$I_{SET} = \tfrac{N}{2}\times I_{out} \quad \text{(式 23)}$$ $$I_{MAGpos}(I_{SET};V_{in}) = I_{SET} - I_{MAGneg}(V_{in}) \quad \text{(式 24)}$$

译注(式 10/22/23/26 系数口径,合并说明):原文式 5/8/40 写作 Iout = ½·N·(IMAGpos+IMAGneg),而式 10/22/26 写作 Iout = (N/2)·IMAGpos + IMAGneg、式 23 写作 ISET = (N/2)·Iout。后者与式 5+式 24(IMAGpos+IMAGneg = ISET ⇒ Iout = ½·N·ISET ⇒ ISET = (2/N)·Iout)不自洽;结合表 6 对 IMAGneg%(“以 Ioutnom×2/N 为基准”)及式 18(IMAGnegnom%×2·Ioutnom/N)的定义推断,式 10/22/26 中的 “IMAGneg” 实为折算到一次侧的反射量(即 N/2×IMAGneg),式 23 的 N/2 疑为 2/N 之误。使用时以式 5 物理定义与式 15/17/18 的可验证关系为准。

负载减小时 tLSon 缩短,直至达到最小周期 tTRANSnom;负载再减则 tLSon 保持恒定,峰峰磁化 IMAGpp 恒定(图 19):$$I_{MAGpp} = I_{MAGpos} - I_{MAGneg} \quad \text{(式 25)}$$

3.3.1.3.2 ZV-RVS 模式期间的电流控制:ZV-RVS 中 IMAGpos 的峰值电流控制须几乎恒定(3.3.2.2.1),以保证退磁时间长于 LrCr 腔半谐振周期;故在 tTRANSnom 结束后直接插入等待间隙 twaitgap(图 19),把半桥周期延长为 tHBperiodex,输出电流相应减小:$$I_{out} = \frac{t_{HBperiod}}{t_{HBperiodex}}\times\Big(\tfrac{N}{2}\times I_{MAGpos} + I_{MAGneg}\Big) \quad \text{(式 26)}$$ tHBperiodex 的控制经谷底跳过控制(3.3.2.2.1)按 ISET 与 Vin 进行:$$t_{HBperiodex}(I_{SET};V_{in}) = t_{HBperiod}\times\frac{I_{MAGpos}+I_{MAGneg}(V_{in})}{I_{SET}} \quad \text{(式 27)}$$

5.3.1.4 传播延迟补偿 PDC(3.3.1.4,式 28~31) 峰值电流控制中,传播延迟会影响实际达到的峰值电流限值(图 26):偏高的峰值随后由 FB 闭环补偿拉低。IMAGpos 过冲量取决于变压器输入绕组 Lm 上的电压(取决于 Vin 与谐振电容反射电压 VCr)——电压越高 IMAGpos 上升斜率越陡。总延迟 tPDCOPC1 造成的过冲:$$\Delta I_{MAGposcomp} = \frac{V_{in}-V_{Cr}}{L_m}\times t_{PDCOPC1} \quad \text{(式 28)}$$ tPDCOPC1 由 OCP1 比较器与栅驱动器的内部延迟 tPDint、功率管关断及中点寄生电容造成的外部延迟 tPDext 组成:$$t_{PDCOCP1} = t_{PDint} + t_{PDext} \quad \text{(式 29)}$$

译注:式 28 原文参数名印作 tPDCOPC1,式 29 印作 tPDCOCP1,表 21 作 tPDC——同一参数三种拼法,以式 29/表 21 为准。

该 Vin/VCr 相关性影响应用中电流设定点阈值的精度,故对此加以补偿,以避免 VFB 误差。PDC 用式 28,按可配置参数 tPDCOCP1⁴(表 21)、VS 脚测得的输入电压与 ZCD 脚测得的反射输出电压,计算 ΔIMAGposcomp。Lm 由其他可配置参数提取:$$L_m = \frac{V_{VSVCRnom}\times t_{TRANSnom}}{I_{MAGpp}} \quad \text{(式 30)}$$

译注:式 30 分子 “VVSVCRnom” 为 PDF 提取的并排下标,原意无法完全确认;按量纲(Lm = 电压×时间/电流)与上下文(tTRANSnom 传能期、IMAGpp 峰峰磁化电流)推断为 Lm 绕组在传能期的标称电压(由 VS 输入测量与 ZCD 反射输出测量共同确定),请以原 PDF 为准。

峰值电流设定的补偿:用 ΔIMAGposcomp 降低内部目标峰值电流设定点:$$I_{MAGposcomp} = I_{MAGpos} - \Delta I_{MAGposcomp} \quad \text{(式 31)}$$

5.3.2 PWM 控制方案(3.3.2,表 3)

表 3 PWM 控制:CRM 控制方案(3.3.2.1)|ZV-RVS 模式控制方案(3.3.2.2)|DCM 控制方案(3.3.2.3)|模式切换控制(3.3.2.4)|过流控制(3.3.2.5)。

3.3.2.1 CRM 控制方案(式 32~33):PWM 控制的目标是逐半桥周期 ZVS——靠整定负电流电平 IMAGneg(图 27)。死区 tdeadLS⁵(可配置,表 7)固定不变,因为此时峰值电流足够高,足以为 LS 提供良好 ZVS。HS 开通死区取决于输入电压与模式,CRM 中由两段组成:$$t_{deadHS}(V_{in};CRM) = t_{LS2ZCD}(V_{in}) + t_{ZCDfefilCRM} \quad \text{(式 32)}$$ tLS2ZCD 在 LS 关断(t0)到过零检测(t1)之间捕获,与基于 Vin 的目标值比较:最短时间 tLS2ZCDmin⁵ 出现在最大输入电压,最长 tLS2ZCDnom⁵ 对应最小输入电压(图 28)。下一半桥周期按 ΔtLSon 调整 LS 导通时间:$$\Delta t_{LSon} = t_{LS2ZCD}(V_{in}) - t_{LS2ZCDcap} \quad \text{(式 33)}$$ tLS2ZCDcap 为捕获值。延长 tLSon 增大 IMAGneg、缩短中点换向时间——负磁化由此自整定到 3.3.1.1 的目标值,并为 CS 峰值电流设定所需的内部精确输出电流估算提供支撑。缩短 tLSon 的下限由最大输出电压时的 tTRANSnom⁵ 决定。tdeadHS 的第二段为固定周期 tZCDfefilCRM⁵——把 HS 开通从过零检测(t1)再延迟到 t2(图 27)。HS 开通后,峰值电流限制须待前沿消隐期 tHSleb⁵ 结束才生效——该参数同时决定 HS 的最小导通时间。

CRM 运行的半桥时序(原版图 27,翻拍自手册)

3.3.2.2 ZV-RVS 控制方案(式 34):ZV-RVS 含 ZVS 脉冲生成的相关时序(图 29):在每个 HS+LS 半桥周期后的 t0 插入 twaitgap 以控制输出电流(3.3.1.3.2);ZVS 脉冲在 t1 过零上升沿达到目标谷数、并经延时 tZCDrefilRVS⁶(可配置,表 8)后,由开通 LS 发起;ZVS 脉冲之后开 HS 的死区固定为 tdeadHSRVS⁶;随后的 tdeadLS 与 CRM 相同。所需 ZVS 脉冲长度由目标负磁化电平 IMAGneg、磁化电感 Lm 及输出电压决定:$$t_{ZVS} = \frac{I_{MAGneg}\times L_m}{N\times V_{OUT}} \quad \text{(式 34)}$$ IMAGneg 已按 Vin 自适应(3.3.1.1)。最短 ZVS 脉冲出现在最低输入+最高输出电压时,由参数 tZVSmin⁷(可配置,表 8)限定最小可调脉冲长度。

ZV-RVS 模式运行的半桥时序(原版图 29,翻拍自手册)

原文 Note:为保证正常工作,tZVSmin 应等于或长于 SR 控制器的最小导通时间。

3.3.2.2.1 谷底跳过控制(式 35~36):ZV-RVS 中以谷检测决定 ZVS 脉冲的开通时刻(图 29)。退磁后的等待时间 twaitgap 按目标检测谷数控制:ZCD 信号下降沿经 tZCDfefilRVS⁸ 滤波后检出即计一个谷。目标谷数每半桥周期按内部导出的峰值电流设定 IMAGpos 与阈值 IMAGposRVS(+)/IMAGposRVS(−) 的比较调整:IMAGpos 低于 IMAGposRVS(+) 时目标谷数加一、超过 IMAGposRVS(−) 时减一——构成迟滞,避免稳态数值跳动。迟滞量:$$I_{MAGposRVShys} = \tfrac{1}{3}\times I_{MAGposnom} \quad \text{(式 35)}$$ 两个阈值均取决于经 ZCD 测得的输出电压,随输出电压降低而降低(图 30);给定输出电压下 CS 峰值电流设定被保持在 IMAGposRVS(-) 与 IMAGposRVS(+) 之间几乎恒定。IMAGposRVS(+) 由标称输出电压处的 IMAGposnom 与 Vout = 0 V 处的 IMAGposRVS0V 两点确定:$$I_{MAGposRVS0V} = I_{MAGposRVS0V\%}\times I_{MAGposnom} \quad \text{(式 36)}$$ 请求的目标谷数设有上限,达到上限即转入 DCM(3.3.2.4)。

3.3.2.3 DCM 控制方案:DCM 控制与 ZV-RVS 模式中 ZVS 脉冲的触发相关联。轻载 ZV-RVS 受 ZCD 可检测过零数上限的限制——twaitgap 拉长后振荡幅度随之减小(图 10)。输出电流再减,twaitgap 继续增大,直至 ZVS 脉冲在无过零检测的情况下发起;随后的半桥周期仍在 ZVS 条件下执行(3.3.2.2)。twaitgap 只增大到扩展半桥周期 tHBperiodex 达到最小半桥开关频率 FDCMmin¹⁰(可配置,表 9)对应的周期为止;输出电流再降则 VFB 下跌直至越过突发进入阈值(3.3.4.1)。DCM 可用 ENDCM¹⁰ 禁用。

3.3.2.4 模式切换控制:CRM↔ZV-RVS:观测 FB 与 ZCD 脚信号电平是否越过切换阈值(图 31)。VFB 决定内部设定点 ISET% 并与设定点阈值比较(3.3.1.3):CRM 中以 ISETCRM2RVS%¹¹ 与 ZCD 阈值 VZCDCRM2RVS¹¹(可配置,表 19)切向 ZV-RVS;ZV-RVS 中以 ISETRVS2CRM%¹¹ 与 VZCDRVS2CRM¹¹ 切回 CRM。ZV-RVS↔DCM:控制环请求的谷数超出最大谷数 NRVSvalmax¹²(可配置,表 9)即进入 DCM;进入后峰值电流设定增加 IMAGposRVS(+) 的 25% 偏置;DCM 期间持续观测谷数——若 ZVS 脉冲在少于 NRVSvalmax 个谷的时段内发起,即切回谷同步的 ZV-RVS;离开 DCM 后移除该 25% 偏置,构成进入/离开迟滞。

3.3.2.5 过流控制:混合反激拓扑支持高过流水平下的运行且保持高效率:此时按 3.3.1.3.1 诸式以 CRM 运行。反馈信号要求的设定点高于 ISETnom 时,靠提高峰值电流设定获得所需的额外环流;同时延长传能时间 tTRANS 以增大 IMAGneg、满足 HS 开通的 ZVS 条件(3.3.1.2.1)。若估算过流在规定时间内超过过流设定点,则进入保护模式(3.4.7)。

5.3.3 Vout 启动控制(3.3.3,式 37~38) IC 经 ZCD 脚反射电压观测输出电压,实现 Vout 启动控制(图 34)。启动请求发生在 IC 硬件复位后或自动重启模式中 VCC 充至超过 VVCCon 时(3.2.1)。此刻校验 4 个条件:① 吸合条件 VVS > VVSBIP(3.4.4.1);② 无输入过压 VVS < VVSOVP(3.4.4.4);③ 反馈信号在调节范围外 VFB > VFBBMctrl;④ 无过温 RMFIO > RMFIOOTPrel(3.4.9)。条件 ①~③ 须在 tstupcheck 内成立,随后校验条件 ④。任一条件不满足则进入吸合相位 bang-bang 模式(3.2.2)。全部成立后 IC 准备第一个 HS 脉冲:先按 Vin 算出最大导通时间 tHSonmax,用于 HS 开通时检查 RShunt 短路(CSSCP,3.4.6);但在开 HS 之前先生成首个 LS 脉冲(tZVSst1st¹³,可配置,表 11)给 HSVCC 脚的自举电容预充电。此后 ZVS 脉冲长度固定为 tZVSstup,直到 ZCD 电压超过阈值 VZCDtZVSstup:$$t_{ZVSstup} = k\times\frac{I_{MAGneg}\times L_m}{V_{ZCDtZVSstup}} \quad \text{(式 37)}$$ 随后 tZVS 随 VZCD 升高而减小(图 32)。ZCD 搜索相位中统计半桥开关周期数:HS 关断后若无过零检测,经 tstartzcdto¹³ 生成下一个 ZVS 脉冲;ZCD 信号缺失且周期数超过 NHBcyclemax¹³ 则进入 Vout 短路保护(VoutSCP,3.4.8.3)。进入 ZCD 搜索相位后,首个 CS 峰值电流设定从过流设定点 ISETOCP1lev1% 起步并保持恒定,直到 VZCD 超过 VZCDtZVSstup;此后 Vout 启动控制以 ZCD 测量电压与目标电压设定点 VZCDtarget 的比较决定峰值电流设定——VZCD 低于目标则逐周期线性增大 VCS,高于则线性减小;IC 每经过一个 tSLWTASK 就把递增目标值逐级抬高(图 33)。启动期电流设定点最大范围受 ISETstmax%¹³ 限制。递增电压步长由斜升时间 tstartramp¹³ 决定:$$\Delta V_{ZCDstinc} = \frac{V_{ZCDnom}\times t_{SLWTASK}}{t_{startramp}} \quad \text{(式 38)}$$ IC 以此按初级侧受控方式提升输出电压。ZCD 电压超过 VZCDRVS2CRM 后 PWM 切换到 CRM 方案。启动相位在 FB 反馈环接管峰值电流控制时结束——即 VFB 决定的峰值电流设定低于 VZCD 斜坡控制所决定的设定点之时。启动相位最长受定时器 tstartto 限制,超时即启动超时(STTOP,3.4.5)。

译注:原文此节 “VZVDtarget”(一处)与 “VZCDtarget”(其余各处)拼写不一;图 18 框图亦作 VZVDTHR 而表 34 作 VZCDTHR——同一信号两种拼法,以表 34 为准。

5.3.4 突发模式控制(3.3.4) 突发模式控制块使 IC 在轻载进入高效运行模式:插入较长不开关相位、IC 进入睡眠,降低平均开关与偏置损耗。支持慢/快两种突发退出,以便从迟滞式突发帧通断控制切回线性反馈控制时平滑接管(图 35)。功能:进入(3.3.4.1)、运行(3.3.4.2)、自举预充电(3.3.4.3)、退出控制(3.3.4.4)。

3.3.4.1 突发模式进入(式 39):FB 电压与阈值 VFBBMen 比较;VFB 跌破 VFBBMen 即停止生成下一开关脉冲、进入睡眠(电流 IVCCBMpsm),从而进入突发模式。VFBBMen 与电流设定点 ISETBMen¹⁴(可配置,表 10)对应,由输出电流控制律定义:$$V_{FBBMen} = I_{SETBMen\%}\times I_{SETnom\%}\times V_{FBOPmax} + V_{FBOPmin} \quad \text{(式 39)}$$ 进入突发后,电流控制律切换为 CS 脚最小固定峰值电流设定,基于 IMAGposRVS(+) + IMAGneg(图 30)。进入时 HV 启动单元执行一次 VCC 充电,睡眠相位中 VCC 电流降低(3.2.4)。

3.3.4.2 突发模式运行(式 40~41):稳态突发基于突发帧通断控制:FB 电压与反馈突发控制阈值 VFBBMctrl 比较——由该阈值决定(下降沿)在活动相位内至少产生一个开关脉冲之后何时进入睡眠相位;睡眠相位中同一比较器以上升沿唤醒、触发突发帧导通模式 tBMfon(图 36)。睡眠相位中 VFBBMctrl 可能略低于活动相位中的取值。突发帧占空比与突发频率完全由 VFB 控制。突发帧导通期 tBMfon 内传输的能量基于 ZV-RVS 开关周期(3.3.1.3.2),CS 峰值电流设定只取决于 Vout,并以第一谷为 ZVS 脉冲起点。突发模式中峰值电流设定 IMAGpos 固定为 IMAGposRVS(+) + IMAGneg(图 30),突发导通帧期间输出电流受限为:$$I_{outBM} = \frac{t_{HBperiod}}{t_{HBperiodex}}\times\tfrac{1}{2}\times N\times(I_{MAGposRVS(+)}+I_{MAGneg}) \quad \text{(式 40)}$$ 平均输出电流取决于突发导通帧占空比(图 37):$$I_{out} = \frac{t_{BMon}}{t_{BMperiod}}\times I_{outBM} \quad \text{(式 41)}$$

3.3.4.3 突发模式自举预充电:极轻载突发模式睡眠期长、无开关动作,睡眠期 tBMslp(图 36)内 HSVCC 跌破关断阈值 VHSVCCoff、悬浮 HS 栅驱动器失活(HSUVOFF,3.4.3)。HSVCC 超过开通阈值 VHSVCCon 后,HS 栅驱动器经延时 tHSGDdelen(3.3.6)使能、可开通功率管。为保证长睡眠后 HS 开通时 HSVCC 供电正常,在执行 ZV-RVS 模式之前先插入预充电脉冲(图 38):其作用仅是把 HSVCC 充到 VHSVCCon 之上、使 HS 栅驱动器提前使能。预充电脉冲长度 tBMprepulse¹⁵(可配置,表 10)的设定须考虑使能延时 tHSGDendel——该延时内还会发生一次半桥振荡与一个 ZVS 脉冲周期。仅当捕获的突发睡眠期超过阈值 tBMslpthrpp¹⁵ 时,才在突发导通帧开头、后续 ZV-RVS 开关周期之前插入预充电脉冲。

3.3.4.4 突发模式退出控制(式 42~43):支持负载跳变或负载缓慢增大越过退出设定点时平滑切回闭环反馈。两条退出路径:强负载跳变走快退出(3.3.4.4.2)、立即全额传能;缓增负载走慢退出(3.3.4.4.1)以平滑切换、避免输出振荡;较小的负载跳变即使触发快退出也不应引起振荡。两需求靠在按输出电流控制律(3.3.1.3)求内部设定点 ISET% 时对测量反馈电压 VFB 叠加偏置 ΔVFBBM<x>exoffs 解决:进入跟踪模式(CRM 或连续 ZV-RVS)后,该偏置每半桥周期线性递减(图 39)。突发模式中反馈控制律只含两个 FB 阈值与一个内部设定点阈值(图 40):VFBBMctrl 控制突发导通帧与睡眠相位;VFBBMfastex 立即离开突发模式;ISETBMex% 基于输出电流估算缓慢离开突发模式。退出条件满足即切换电流控制律——此刻反馈电压对应的设定点与稳态连续运行时不同。例如慢退出时 ISET%(VFB) > ISETBMex%,反馈电压约为 VFBBMctrl,接近标称设定点 ISETnom%;而正常所需的 ISETBMex% 及对应 VFBBMex 电平低得多——若外部环路调整慢,输出就会过冲。对测量 VFB 叠加偏置可立即保证 CS 峰值电流控制获得正确的内部设定点;随后逐周期线性减小偏置,调节器得以平滑稳定到目标反馈点(对应控制律要求的内部设定点)。突发慢退出后的目标反馈点由式 13 计算:$$V_{FBBMex} = I_{SETBMex\%}\times I_{SETnom\%}\times V_{FBOPmax} + V_{FBOPmin} \quad \text{(式 42)}$$ 故慢退出后叠加的偏置为:$$\Delta V_{FBBMslwexoffs} = V_{FBBMex} - V_{FBBMctrl} \quad \text{(式 43)}$$

3.3.4.4.1 突发模式慢退出:基于输出电流估算——捕获突发模式中的突发帧占空比(式 41)。当估算电流在 NBMexreqthr¹⁶(可配置,表 10)个突发帧周期内超过设定点 ISETBMex%¹⁶,即切换控制律到连续运行、激活偏置 ΔVFBBMslwexoffs 并以 ZV-RVS 运行进入跟踪模式。

3.3.4.4.2 突发模式快退出:负载跳变超过突发导通帧内设定的固定传能电平时,反馈电压继续上升;若尚未触发慢退出,则越过快退出阈值 VFBBMfastex¹⁷(可配置,表 10)后切换控制律。若 VZCD 高于阈值 VZCDRVS2CRM,IC 在随后的最初几个半桥周期以 CRM 运行;可用 ENBMfastexCRM¹⁸ 禁用。

5.3.5 频率抖动(3.3.5,式 44~48) 抖动功能仅在 CRM 运行时起作用,且取决于 VS 脚电压:VS 超过阈值 VVSJitteren¹⁹(可配置,表 20)即使能。抖动的生成方式:调制 IMAGpos 与 IMAGneg,但二者之和 IMAGtot 保持恒定——Iout 亦保持恒定,不受开关周期调制影响(式 5):$$I_{MAGtot} = I_{MAGpos} + I_{MAGneg} \quad \text{(式 44)}$$ 峰峰磁化电流 IMAGpp 的调制:直接调整 CS 脚的峰值电流阈值(IMAGpos),并经改变 tLSon 间接调整 IMAGneg(3.1.1):$$I_{MAGpp} = I_{MAGpos} - I_{MAGneg} \quad \text{(式 45)}$$ 负磁化电流变化后,闭环相应调整 IMAGpos。半桥开关频率变化量 ΔFHBsw 由目标抖动展宽 dJitterspread%¹⁹(以无抖动开关频率的百分比给定)设定:$$\Delta F_{HBsw} = F_{HBsw}\times d_{Jitterspread\%} \quad \text{(式 46)}$$ $$\Delta t_{HBsw} = \frac{1}{\Delta F_{HBsw}} \quad \text{(式 47)}$$ 目标开关周期的改变以一个主时钟周期 tMCLK 为步长逐级进行;每次调整在延时 tJitterstpdel¹⁹ 后进行,给环路留出整定到新 IMAGneg 电平的时间。抖动先把 IMAGneg 逐级增大,直至对应开关周期超过目标最大抖动开关周期:$$t_{Jitterpermax} = t_{HBper} + \Delta t_{HBsw} \quad \text{(式 48)}$$ 随后 IMAGneg 逐级调回起始电平的开关周期 tHBper(图 41)。

原文 Note:增大负磁化 IMAGneg 会缩短 HS 开通死区 tdeadHS。因此开关周期展宽 dJitterspread% 的潜在目标值受 LS 关断下降沿到后续过零检测的目标最小延时 tLSdelZCDmin 限制。

5.3.6 半桥栅极驱动器(3.3.6) 半桥栅驱动器包含由 VCC/GND 供电的 LS 栅驱动器,以及由 HSVCC/HSGND 供电的悬浮 HS 栅驱动器;悬浮 HS 域电气隔离、经无芯脉冲变压器(coreless pulse transformer)操控(图 42)。LS/HS 栅驱动器按各自欠压锁定阈值(VVCCon、VVCCoff)与(VHSVCCon、VHSVCCoff)使能/禁用(3.4.2、3.4.3)。两者均把最大栅驱动输出电压钳位到 VLSGDhigh、VHSGDhigh;禁用时输出被主动保持为关断。HSVCC 超过 VHSVCCon 后,HS 栅驱动器经 tHSGDendel 时延使能。

5.4 保护特性(3.4,表 4)

实现两种保护模式(自动重启模式与锁存模式)及 UVOFF 硬件复位(VCC 欠压锁定使 IC 失活)。

原文 Note:除 UVOFF 与 HSUVOFF 外,所有保护特性仅在正常运行时生效。睡眠相位(突发或保护模式)中无引脚保护激活。

表 4 保护特性 符号 默认反应 章节
VCC 欠压锁定 UVOFF 硬件复位并重启 3.4.2
HSVCC 欠压锁定 HSUVOFF 禁用 HS 栅驱动器 3.4.3
吸合保护 BIP bang-bang 模式,无启动请求 3.4.4.1
慢掉电保护 SBOP 停止运行并进入吸合相位 bang-bang 模式 3.4.4.3
快掉电保护 FBOP 停止运行并进入吸合相位 bang-bang 模式 3.4.4.2
Vin 过压保护 VinOVP 自动重启模式 3.4.4.4
启动超时保护 STTOP 自动重启模式 3.4.5
CS 脚短路保护 CSSCP 自动重启模式 3.4.6
输出过流保护 OCP1 电平 1 OCP1lev1 自动重启模式 3.4.7.1
输出过流保护 OCP1 电平 2 OCP1lev2 自动重启模式 3.4.7.2
输出最大电流保护 OCP1max 自动重启模式 3.4.7.3
峰值过流保护 OCP2 OCP2 锁存模式²⁰(可经 EVCSOCP2 配置,表 16) 3.4.7.4
Vout 过压保护 VoutOVP 锁存模式²¹(可经 EVZCDOVP 配置,表 15) 3.4.8.2
Vout 欠压保护 VoutUVP 自动重启模式 3.4.8.1
Vout 短路保护 VoutSCP 自动重启模式²²(仅启动阶段激活) 3.4.8.3
外部过温保护 extOTP 自动重启模式 & 锁存模式 3.4.9
看门狗定时器 WDOG 自动重启 3.4.10

3.4.1 保护模式(式 49):进入保护模式后 IC 停止 LSGD/HSGD 开关、进入待机模式;待机中 HV 启动单元以 bang-bang 模式运行(3.2.3),把 VCC 维持在高电平、为系统启动储备足够能量。两种模式:锁存模式(LM, Latch Mode)——系统保持待机、不作任何重启尝试;只能靠 VCC 跌破 UVOFF 硬复位阈值 VVCCoff 复位。原文 Note:锁存复位靠断开交流线实现;HV 启动单元经二极管接整流器之前,复位时间主要取决于 VCC 脚电容大小。自动重启模式(ARM, Auto-Restart Mode)——经过近似自动重启睡眠时间 tARMslp²³(可配置,表 12)后触发重启:VCC 电容充至 VVCCon 后带软启动恢复运行。tARMslp 决定基于周期 tARMbase 的设定睡眠周期数 NARMstep(3.2.3):$$t_{ARMslp} = N_{ARMstep}\times t_{ARMbase} \quad \text{(式 49)}$$

3.4.2 VCC 欠压锁定(UVOFF):保证 IC 依据 VCC 电压实现定义明确的激活/失活。UVOFF 含迟滞:上阈值 VVCCon 激活 IC;正常运行中 VCC 跌破下阈值 VVCCoff 即复位并失活。复位态下 HV 启动单元开通,开始下一 VCC 充电周期,直至 VCC 超过 VVCCon(3.2.1)。

3.4.3 HSVCC 欠压锁定(HSUVOFF):保证悬浮高侧驱动器实现定义明确的激活/失活。含迟滞:上阈值 VHSVCCon 激活 HS 栅驱动器;HSVCC 跌破下阈值 VHSVCCoff 立即关断并失活高侧驱动器。失活期间高侧驱动器电流降至 IHSVCCUVOFF。

译注:原文 §3.4.3 标题括号内印作 “(UVOFF)”,按目录与正文语义应为 HSUVOFF。

3.4.4 输入电压 Vin 保护:VS 脚设 4 个检测阈值,保证在可靠输入电压范围内安全运行(图 43):吸合保护 BIP(3.4.4.1)、快掉电保护 FBOP(3.4.4.2)、慢掉电保护 SBOP(3.4.4.3)、过压保护 VinOVP(3.4.4.4)。

3.4.5 启动超时保护(STTOP):启动期过载会使 Vout 达不到调节目标 Voutnom,系统无法进入调节、永久停留在启动状态。为此从第一个开关脉冲起以定时器监测启动时间 tstart:最大时间 tstartto²⁶(可配置,表 14)后若 VFB 决定的电流设定点仍未跌破 Vout 启动控制决定的设定点(3.3.3),即检出超时。

3.4.6 CS 脚短路保护(CSSCP,式 50):Vout 启动期对第一个 HS 开通脉冲激活 CS 短路检测,保护 RShunt 被短接的应用:HS 最大导通时间限定为预计算周期:$$t_{HSonmax} = 2\times t_{TRANSnom}\times\frac{V_{outnom}\times N/k_{Rvs}}{V_{VS}} \quad \text{(式 50)}$$ VVS 为 VS 脚测得的瞬时输入电压。HS 导通时间超过 tHSonmax 即进入自动重启模式。

3.4.7 过流保护(式 51~59):包含多个检测功能,在初级峰值电流超限或输出过流时保护应用(图 44):OCP1lev1(3.4.7.1)、OCP1lev2(3.4.7.2)、OCP1max(3.4.7.3)、OCP2(3.4.7.4)。

过流保护总览(原版图 44,翻拍自手册)

3.4.8 Vout 电压保护:提供两级输出电压阈值 VZCDUVP(VoutUVP)与 VZCDOVP(VoutOVP),保证在定义的 Vout 工作范围内可靠运行(图 45)。测量在 LS 导通(退磁)相位经辅助绕组反射电压完成(图 19);启动相位还观测过零检测以发现输出短路(VoutSCP)。

3.4.9 外部过温保护(extOTP):基于外部 NTC 电阻测量。NTC 由内部 VREF 经内部上拉电阻 RMFIOpu 偏置(图 46);测量 MFIO 脚电压、算出外接电阻,再与两个电阻阈值比较。外部电阻 REXT 跌破触发阈值 RMFIOOTPtrig³³(可配置,表 17)即进入自动重启;重启循环仅在 REXT 超过释放阈值 RMFIOOTPrel 时才能进行。外部 OTP 触发后的自动重启循环被计数:事件数超过 NOTPevmax³³ 即进入锁存模式,只能靠 VCC 跌破 VVCCoff 释放。

3.4.10 看门狗定时器(WDOG):看门狗定时器须在设定周期内得到持续复位,以监视内部控制流程;未及时复位即进入保护模式,具体模式由参数 EVWDOG³⁴(可配置,表 18)决定。

6. 配置(原文第 4 章,表 5~22)

XDPS2201 的配置由英飞凌 .dp Vision GUI 工具支持:参数经 MFIO 脚的 UART 接口编程。4.1 节给出功能描述中的参数符号与 GUI 参数名的对应关系及出厂默认编程值;4.2 节给出各可配置参数的容差等级。

表 5 系统设置(System settings)

符号 描述 值 单位 容差 章节
N 变压器初次级匝比(Np/Ns) 2.83 — — 3.4.6
kRvs VS 脚分压电阻与母线电压之比 168.25 — — —
Voutnom 最大标称调节输出电压 20 V — —
Ioutnom 无过流条件下的最大标称输出电流 3.25 A — —

表 6 输出电流控制的尺寸设计(Dimensioning)

符号 描述 值 单位 容差 章节
IMAGnegnom% 标称负磁化电流电平,以 Ioutnom×2/N 的百分比计 17.4 % — 3.3.1
IMAGnegmaxCRM% CRM 最大 Vin 下达到 ZVS 所需的最大负磁化电流电平,以 Ioutnom×2/N 的百分比计 31.6 % — —
IMAGnegmaxRVS% ZV-RVS 最大 Vin 下达到 ZVS 所需的最大负磁化电流电平,以 Ioutnom×2/N 的百分比计 39.5 % — —
IMAGposRVS0V% Vout=0 V 时 IMAGposRVS 的最小峰值电流设定,以 IMAGposnom 的百分比计 75 % — 3.3.2.2.1
VZCDnom LS 导通期、Voutnom 时 ZCD 脚标称电压³⁵ 1.3984 V TC_V3a 3.3.1.2
tTRANSnom Voutnom 传能期 LS 最小导通时间 2.8 µs TC_T1 —
tTRANSRVS0V% Vout=0 V 时 RVS 模式的 tTRANS,以 tTRANSnom 的百分比计(按 ZCD 测得输出电压调制 tTRANS) 166 % — —

(³⁵ 针对宽输出电压范围。)

表 7 半桥时序(Half-bridge)

符号 描述 值 单位 容差 章节
tLS2ZCDnom 最小 Vin 下 LS 脉冲下降沿到 ZCD 脉冲下降沿的目标延时 650 ns TC_T1 3.3.2.1
tLS2ZCDmin 最大 Vin 下 LS 脉冲下降沿到 ZCD 脉冲下降沿的目标延时 234 ns — —
tdeadLS HS 脉冲下降沿到 LS 脉冲上升沿的死区 150 ns TC_T1 —
tZCDfefilCRM CRM 中 ZCD 下降沿到 HS 脉冲上升沿的延时 172 ns TC_T1 —
tHSleb HS 前沿消隐(LEB),决定最小导通时间 300 ns TC_T1 —

表 8 半桥时序——仅 ZV-RVS 模式

符号 描述 值 单位 容差 章节
tdeadHSRVS ZV-RVS 中 LS(ZVS 脉冲)下降沿到 HS 脉冲上升沿的死区 400 ns TC_T1 3.3.2.2
tZVSmin ZV-RVS 中 ZVS 脉冲最小宽度 600 ns TC_T1 —
tZCDrefilRVS ZV-RVS 中 ZCD 脉冲上升沿到 HS 脉冲上升沿的滤波时间 410 ns TC_T1 —
tZCDfefilRVS ZV-RVS 中谷检测用 ZCD 脉冲下降沿滤波时间 210 ns TC_T1 3.3.2.2.1

表 9 ZV-RVS/DCM 运行

符号 描述 值 单位 容差 章节
ENDCM DCM 运行使能(RVS 达到最大谷数时) Enabled — n.a. 3.3.2.3
FDCMmin DCM 运行最小开关频率限制 20 kHz TC_T1 —
NRVSvalmax ZV-RVS 运行最大谷数 10 — n.a. 3.3.2.4

表 10 突发模式(Burst)

符号 描述 值 单位 容差 章节
ISETBMen% 突发进入电流设定点,占标称设定点百分比 4 % — 3.3.4.1
ISETBMex% 突发退出电流设定点,占标称设定点百分比 15 % — 3.3.4.4.1
NBMexreqthr 平均电流高于 ISETBMex% 的突发帧数,达到即离开突发模式 3 — — —
VFBBMfastex FB 快突发退出阈值 1.82 V TC_V4 3.3.4.4.2
ENBMfastexCRM 允许突发快退出后直接进入 CRM;禁用时快退出后先用 ZV-RVS Enabled — — —
tBMprepulse 暂停长于 tBMslpthrpp 后预充自举电容的脉冲宽度 1.3 µs TC_T1 3.3.4.3
tBMslpthrpp 使能预充电脉冲的突发暂停时间阈值 1.0 ms TC_T2 —

表 11 启动(Start-up)

符号 描述 值 单位 容差 章节
VVSBIP VS 脚 Vin 吸合保护阈值 0.737 V TC_V1b 3.4.4.1
ISETstmax% 启动相位最大目标电流设定点,占标称设定点百分比 140 % — 3.3.3
tstartramp 启动相位输出电压上升目标时间³⁶ 12 ms TC_T1 —
NHBcyclemax 启动 ZCD 搜索相位允许的无后续过零检测半桥开关周期最大数 150 — — —
tstartzcdto ZCD 搜索相位中生成下一脉冲前无过零检测的最大时间³⁷(仅限该相位) 70 µs TC_T1 —
tZVSst1st 预充 HS 自举电容的首个 ZVS 脉冲初始长度 7 µs TC_T1 —

表 12 自动重启模式 [ARM]:tARMslp——近似自动重启睡眠时间³⁸,3.0 s,TC_T2,章节 3.4.1。

表 13 VS 脚输入电压 Vin 保护

符号 描述 值 单位 容差 章节
VVSSBOP Vin 慢掉电保护 VS 阈值 0.713 V TC_V1b 3.4.4.3
VVSFBOP Vin 快掉电保护 VS 阈值 0.392 V TC_V1b 3.4.4.2
VVSOVP Vin 过压保护 VS 阈值 2.270 V TC_V1b 3.4.4.4

表 14 启动超时保护:tstartto——到反馈电压跌落为止的最大允许启动时间³⁶,48 ms,TC_T3,章节 3.3.3。

表 15 Vout 电压保护

符号 描述 值 单位 容差 章节
VZCDUVP 输出电压的 ZCD 脚欠压保护阈值 0.220 V TC_V3b 3.4.8.1
ENBMVoutUVP 突发模式中 Vout UVP 的激活 Enable — — —
EVZCDOVP ZCD 过压检测的反应事件 Latch — — 3.4.8.2

表 16 过流保护

符号 描述 值 单位 容差 章节
ISETOCP1lev1% OCP1 电平 1 电流设定点阈值,占标称设定点百分比 125 % — 3.4.7.1
tOCP1lev1bl OCP1 电平 1 消隐时间³⁹ 12 s TC_T4 —
ISETOCP1lev2% OCP1 电平 2 电流设定点阈值,占标称设定点百分比 140 % — 3.4.7.2
tOCP1lev2bl OCP1 电平 2 消隐时间³⁶ 1000 ms TC_T3 —
ISETOCP1max% OCP1 最大电流限制电流设定点,占标称设定点百分比 160 % — 3.4.7.3
tOCP1maxbl OCP1 最大电流限制消隐时间³⁶ 6 ms TC_T3 —
EVCSOCP2 超过 OCP2 过流阈值的反应 Latch — — —

(脚注:³⁶ 基于 tSLWTASK,见表 35;³⁹ 基于 tVSLWTASK,见表 35——编号沿用原文。)

表 17 过温保护

符号 描述 值 单位 容差 章节
RMFIOOTPtrig MFIO 外部过温保护触发电阻阈值 7.7 kΩ TC_R1 3.4.9
RMFIOOTPrel MFIO 外部过温保护释放电阻阈值 51.4 kΩ TC_R2 —
NOTPevmax 进入锁存模式前允许的外部 OTP 触发事件数 2 — — —

表 18 看门狗定时器:EVWDOG——看门狗未及时复位的反应,Auto-restart(自动重启),章节 3.4.10。

表 19 CRM 与 ZV-RVS 模式阈值

符号 描述 值 单位 容差 章节
ISETRVS2CRM% ZV-RVS 切换到 CRM 的电流设定点阈值,占标称设定点百分比 70 % — 3.3.2.4
ISETCRM2RVS% CRM 切换到 ZV-RVS 的电流设定点阈值,占标称设定点百分比 50 % — —
VZCDRVS2CRM ZV-RVS 切换到 CRM 的 ZCD 脚阈值 0.81 V TC_V3a —
VZCDCRM2RVS CRM 切换到 ZV-RVS 的 ZCD 脚阈值 0.74 V TC_V3a —

表 20 频率抖动(Jitter)

符号 描述 值 单位 容差 章节
VVSJitteren VS 脚 Vin 抖动使能阈值 1.486 V TC_V1a 3.3.5
dJitterspread% 频率抖动展宽,占开关频率百分比 10 % TC_T1 —
tJitterstpdel 下一抖动步的时间延时³⁶ 1.3 ms TC_T1 —

表 21 其他(Others)——传播延迟补偿(PDC):tPDC——补偿 OCP1 峰值电流控制的总传播延迟周期,200 ns,无容差,章节 3.3.1.4。

表 22 可配置参数的容差等级(4.2)

可配置参数(电压/电流/时序/频率/温度)各自关联不同的容差范围,并按硬件外设归入相应容差等级(TC_xxx);定义事件、配置寄存器、数字量或常数的参数不分配容差范围。由典型值 Xtyp 推导最小/最大容差值的方法如下:

容差等级 TC_R1:MFIO 脚电阻阈值 RMFIOthres(原版图 47,翻拍自手册)

容差等级 TC_R2:MFIO 脚电阻阈值 RMFIOthres(原版图 48,翻拍自手册)

容差等级 描述 最小值 最大值
TC_T1 时序参数 < 1215 ns⁴⁰ ttyp×0.95 − 15.8 ns ttyp×1.05 + 15.8 ns
TC_T1 时序参数 > 1215 ns⁴⁰ ttyp×0.937 ttyp×1.063
TC_T1 频率参数 < 500 kHz⁴⁰ Ftyp×0.937 Ftyp×1.063
TC_T2 基于待机时钟⁴¹的时序参数 ttyp×0.90 ttyp×1.12
TC_T3 基于慢任务周期⁴²的时序参数(0.1 ms 整数倍) ttyp×0.937 − 0.11 ms ttyp×1.063 + 0.11 ms
TC_T4 基于甚慢任务周期⁴³的时序参数(5 ms 整数倍) ttyp×0.937 − 5.5 ms ttyp×1.063 + 5.5 ms
TC_V1a VS 脚电压阈值 (VVStyp×0.994) − 0.099 V (VVStyp×1.006) + 0.099 V
TC_V1b VS 脚电压阈值 (VVStyp×0.994) − 0.040 V (VVStyp×1.006) + 0.040 V
TC_V2 CS 脚 OCP1 比较器电压阈值 VCSOCP1typ − 0.034 V VCSOCP1typ + 0.034 V
TC_V3a ZCD 脚电压阈值 (VZCDtyp×0.995) − 0.091 V (VZCDtyp×1.005) + 0.091 V
TC_V3b ZCD 脚电压阈值 (VZCDtyp×0.995) − 0.024 V (VZCDtyp×1.005) + 0.024 V
TC_V4 FB 脚电压阈值 (VFBtyp×0.984) − 0.084 V (VFBtyp×1.016) + 0.084 V
TC_R1 MFIO 脚电阻阈值范围 1 见图 47 见图 47
TC_R2 MFIO 脚电阻阈值范围 2 见图 48 见图 48

(⁴⁰ 基于主时钟 tMCLK = 15.8 ns(typ);⁴¹ tSTBCLK = 10 µs(typ);⁴² tSLWTASK = 0.1 ms(typ);⁴³ tVSLWTASK = 5 ms(typ)。)

7. 电气特性(原文第 5 章)

所有信号相对 GND 脚测量(HS 域信号 HSVCC/HSGD 相对 HSGND 测量);在不违反其他额定值的前提下,电压电平方为有效。

7.1 定义(5.1)

图 49 给出电压/电流参数的定义(+V/+I 为 DUT 引脚相对 GND 的正方向约定,含外部电阻 RPINext 情形)。「绝对最大额定值」下的数值不得超出。「工作条件」下的数值若有对应的显式绝对最大额定值,则允许被超出,但器件的相应功能不予保证。

7.2 绝对最大额定值(5.2,表 23,全表)

注意(原文 Attention):超过下列数值可能造成器件永久损坏。长时间处于绝对最大额定条件会影响器件可靠性。最大额定值为绝对额定值——仅超出其中一项即可能对集成电路造成不可逆损坏;这些值在生产测试中不予测试。同理,装配应用电路前,请确保将接到 VCC 与 HSVCC 脚的电容预先放电。

表 23 参数 符号 Min Max 单位 备注
HV 脚电压 VHV −0.3 600 V ⁴⁴
HV 脚流入电流 IHV — 10 mA ⁴⁴
VCC 脚电压 VVCC −0.5 26 V ⁴⁴
MFIO 脚电压 VMFIO −0.5 3.6 V ⁴⁴
VS 脚电压 VVS −0.5 3.6 V ⁴⁴
FB 脚电压 VFB −0.5 3.6 V ⁴⁴
ZCD 脚电压 VZCD −0.5 3.6 V ⁴⁴
ZCD 脚最大负向瞬态电压 −VZCDN_TR — 1.5 V 脉冲 < 500 ns
ZCD 脚最大持续负向钳位电流 −IZCDCLN_DC — 2.5 mA RMS
ZCD 脚最大瞬态负向钳位电流 −IZCDCLN_TR — 10 mA 脉冲 < 500 ns
CS 脚电压 VCS −0.5 3.6 V ⁴⁴
CS 脚最大负向瞬态电压 −VCSN_TR — 3.0 V 脉冲 < 500 ns
CS 脚最大持续负向钳位电流 −ICSCLN_DC — 2.5 mA RMS
CS 脚最大瞬态负向钳位电流 −ICSCLN_TR — 10 mA 脉冲 < 500 ns
CS 脚最大持续正向钳位电流 ICSCLP_DC — 2.5 mA RMS
CS 脚最大瞬态正向钳位电流 ICSCLP_TR — 10 mA 脉冲 < 500 ns
LSGD 脚电压 VLSGD −0.5 VVCC+0.3 V 受内部钳位限制
HSGND 脚电压 VHSGND −650 650 V 相对 GND
HSVCC 脚电压 VHSVCC −0.5 26 V 相对 HSGND
HSGD 脚电压 VHSGD −0.5 VHSVCC+0.3 V 相对 HSGND
悬浮高侧域压摆率 dVHS/dt −50 50 V/ns —
结工作温度 TJ −40 125 ℃ —
存储温度 TS −55 150 ℃ —
最大功耗 PTOT — 0.63 W TA=50 ℃、TJ=125 ℃、RthJA=119 K/W
焊接温度 TSold — 260 ℃ ⁴⁵ 波峰焊
ESD 能力 VHBM — 1500 V ⁴⁶ 人体模型(HBM)
ESD 能力 VCDM — 500 V ⁴⁷ 器件充电模型(CDM)
闩感能力 ILU — 150 mA ⁴⁸ 引脚电压按绝对最大额定值

(⁴⁴ 可作为 DC 值持续施加;⁴⁵ 按 JESD22-A111;⁴⁶ 按 ANSI/ESDA/JEDEC JS-001;⁴⁷ 按 JESD22-C101;⁴⁸ 按 JESD78,85 ℃(Class II)温度。)

7.3 封装特性(5.3,表 24)

参数 符号 Min Max 单位 备注
结到环境热阻 RthJA — 119 K/W PG-DSO-14,JEDEC 1s0p
HV 与 HSxxx 脚对 GND 相关脚的爬电距离 DCR 2.1 — mm —

7.4 工作范围(5.4,表 25,全表)

参数 符号 Min Max 单位 备注
结工作温度 TJ −25 125 ℃ —
HV 脚电压 VHV −0.3 600 V —
VCC 脚外部电压 VVCC 11 24 V Max 值须计入内部功率损耗
MFIO 脚电压 VMFIO −0.3 3.3 V —
FB 脚电压 VFB −0.3 3.3 V —
ZCD 脚电压 VZCD −0.3 3.3 V —
CS 脚电压 VCS −0.3 3.3 V —
LSGD 脚电压 VLSGD −0.3 VVCC+0.3 V 内部钳位于 VLSGDhigh
LSGD 低态输出反向电流 −ILSGDLREV — 100 mA ⁴⁹ 适用于 VLSGD < 0 V 且驱动器低态
HSGD 脚电压 VHSGD −0.3 VHSVCC+0.3 V 内部钳位于 VHSGDhigh
HSGD 低态输出反向电流 −IHSGDLREV — 100 mA ⁴⁹ 适用于 VHSGD < 0 V 且驱动器低态
HSVCC 脚电压 VHSVCC 10 24 V 相对 HSGND
HSGND 脚电压 VHSGND −0.3 600 V —
MFIO 脚 UART 波特率 tBD 10k 115k Bd —

(⁴⁹ 由设计保证。)

7.5 DC 电气特性(5.5,表 26~35,全表逐行)

条件:数值范围对应规定的供电电压与结温范围 TJ = −25~125 ℃;典型值为 TJ = 25 ℃ 的中位值。所有电压相对 GND/HSGND;除另有说明外假定 VVCC = 12 V、VHSVCC = 12 V。分组:HV(表 26)、VCC(表 27)、悬浮 HS 域(表 28)、LSGD(表 29)、VS(表 30)、CS(表 31)、FB(表 32)、MFIO(表 33)、ZCD(表 34)、中央控制功能(表 35)。

规格书全篇使用的电压与电流参数定义(原版图 49,翻拍自手册)

表 26 Pin HV

参数 符号 Min Typ Max 单位 测试条件
HV 峰值 VCC 充电电流能力 IHVchargeVCC 2.4 5.0 7.5 mA ⁵⁰ VVCC=1 V,VHV=30 V
HV 脚漏电流 IHVLK — — 10 µA VHV=600 V,HV 启动单元禁用

(⁵⁰ 应用中的最大峰值充电电流会受 HV 脚外接电阻限制。)

表 27 Pin VCC

参数 符号 Min Typ Max 单位 测试条件
VCC 开通阈值 VVCCon 19.0 20.5 22.0 V 上升斜率
VCC 关断阈值 VVCCoff 7.98 8.40 8.82 V 下降斜率
睡眠模式中 HV 启动单元开通的 VCC 阈值 VVCCslpHVon 9.97 10.50 11.03 V 下降斜率
VCC UVOFF 电流 IVCCUVOFF — 20 40 µA VVCC < VVCCoff(min) − 0.3 V
VCC 工作电流 IVCCop — 11.0 14.5 mA 不含栅驱动栅荷损耗;吸合相位期间
VCC 突发模式省电相静态电流 IVCCBMpsm0 — 0.7 3.4 mA 已进入突发模式;MFIO 与 FB 开路
同上(高温限) IVCCBMpsm0 — — 1.5 mA 同 IVCCBMpsm0 条件,TJ=85 ℃
VCC bang-bang 模式静态电流 IVCCBB — 0.32 0.58 mA 已进入保护模式;MFIO 与 FB 开路

表 28 悬浮 HS 域(Floating HS domain)

参数 符号 Min Typ Max 单位 测试条件
HSVCC 开通阈值 VHSVCCon 8.7 9.2 9.7 V 上升斜率
HSVCC 关断阈值 VHSVCCoff 6.2 6.7 7.2 V 下降斜率
HSVCC 空闲电流 IHSVCCidle — 0.3 0.8 mA 不含栅驱动栅荷损耗,VHSVCC=14 V
HSGD 使能延时(HSVCC 超过 VHSVCCon(max) 后) tHSGDendel — 2.3 4.1 µs VHSVCC=11 V
HSGD 高态电压 VHSGDhigh 10 11 12 V IHSGD=−20 mA
HSGD 高态电压(低压供电) VHSGDhigh 7 — — V IHSGD=−20 mA,VHSVCC=8 V
HSGD 主动关断电压 VHSGDaSD — 25 200 mV IHSGD=20 mA,VHSVCC=5 V
HSGD 峰值拉电流 −IHSGDpksrc 130 — — mA —
HSGD 峰值灌电流 IHSGDpksnk 450 — — mA —

表 29 Pin LSGD

参数 符号 Min Typ Max 单位 测试条件
LSGD 高态电压 VLSGDhigh 9.9 10.5 11.1 V ILSGD=−20 mA
LSGD 高态电压(低压供电) VLSGDhigh 7.5 — — V ILSGD=−20 mA,VVCC=8 V
LSGD 主动关断电压 VLSGDaSD — — 1.6 V ILSGD=5 mA,VVCC=5 V
LSGD 峰值拉电流 −ILSGDpksrc — 360 — mA —
LSGD 峰值灌电流 ILSGDpksnk 800 — — mA —

表 30 Pin VS

参数 符号 Min Typ Max 单位 测试条件
VS 漏电流 IVSlk −0.2 — 0.2 µA 0 V < VVS < 2.9 V
VS 动态电压范围 VVS 0 — VREF V —
VS 吸合检测时间周期 tVSBIdet — 5.2 — ms 吸合相位
VS 脚 Vin 慢掉电保护消隐时间 tVSSBOPbl 41.1 44.0 46.9 ms VVS < VVSSBOP

表 31 Pin CS

参数 符号 Min Typ Max 单位 测试条件
CS 漏电流 ICSlk −10 — 10 µA 0 V < VCS < 2.8 V
CS OCP1 最大工作电流范围 VCSOPmax 405 437 469 mV —
CS OCP1 传播延迟 tCSOCP1pd 121 213 305 ns 输入信号斜率 dVCS/dt=150 mV/µs
CS OCP2 阈值 VCSOCP2 550 600 650 mV —
CS OCP2 传播延迟 tCSOCP2pd 125 135 190 ns dVCS/dt=100 V/µs

表 32 Pin FB

参数 符号 Min Typ Max 单位 测试条件
FB 开路输出电压 VFBoc 3.04 3.20 3.36 V —
FB 上拉电阻 RFBpu 24 30 36 kΩ —
FB 最小工作范围 VFBOPmin 0.309 0.400 0.491 V —
FB 阈值最大可用范围 VFBOPmax — — 2.428 V —
FB 突发唤醒/睡眠控制阈值 VFBBMctrl 1.48 1.60 1.72 V 突发模式活动相位
FB 突发唤醒/睡眠控制阈值(睡眠相) VFBBMctrl 1.36 1.55 1.61 V 突发模式睡眠相位
FB 突发唤醒延时 tFBBMWKdel — 25 31 µs 突发模式,上升斜率

表 33 Pin MFIO

参数 符号 Min Typ Max 单位 测试条件
MFIO 开路输出电压 VMFIOoc — VVREF — V 活动相位
MFIO 上拉电阻 RMFIOpu — 11 — kΩ 活动相位,对 OTP 电阻阈值 RMFIOOTPx 内部校准
MFIO 输入电容 CMFIOIN — — 10 pF —
MFIO 逻辑 “0” 输入阈值 VMFIOIL — — 1.0 V —
MFIO 逻辑 “1” 输入阈值 VMFIOIH 2.0 — — V —
MFIO 逻辑 “0” 输出电压 VMFIOOL — — 0.8 V IMFIOOL=2 mA
MFIO 逻辑 “1” 输出电压 VMFIOOH 2.2 — — V IMFIOOH=−2 mA
MFIO 输出灌电流 IMFIOOL — — 2 mA —
MFIO 输出拉电流 −IMFIOOH — — 2 mA —
输出上升时间(0→1) tMFIOrise — — 25 ns 20 pF 负载
输出下降时间(1→0) tMFIOfall — — 25 ns 20 pF 负载

表 34 Pin ZCD

参数 符号 Min Typ Max 单位 测试条件
ZCD 漏电流 IZCDlk −10 — 10 µA VZCD=0 V / 3.0 V
ZCD 漏电流(高温限) IZCDlk −1 — 1 µA TJ=85 ℃,VZCD=0 V / 3.0 V
ZCD Vout 过压保护阈值 VZCDOVP 1.511 1.600 1.632 V —
ZVD 脉冲长度判定电压阈值 VZCDtZVSstup 0.194 0.220 0.246 V 启动相位,上升斜率
ZCD 过零检测阈值 VZCDTHR 15 40 70 mV 下降斜率
ZCD 输入电压负钳位 −VZCDCLN 140 180 220 mV —

表 35 中央控制功能(Central control functions)

参数 符号 Min Typ Max 单位 测试条件
VDDP 电源 VVDDP 3.04 3.20 3.36 V —
VREF 基准电压 VVREF 2.391 2.428 2.465 V —
主时钟振荡周期时基 tMCLK 15.0 15.8 16.6 ns —
待机时钟振荡周期时基 tSTBCLK 9.0 10.0 11.2 µs —
慢任务周期时基 tSLWTASK 93 100 107 µs —
甚慢任务周期时基 tVSLWTASK 4.68 5.00 5.32 ms —
采样时间周期 tsample 93 100 107 µs —
自动重启模式重启步时基 tARMbase 270 300 336 ms 可配置自动重启时间 tARMslp 的基准
激活后(VCC 开通)硬件初始化时间 tHWini — 3.2 — ms UVOFF 后 VVCC > VVCCon
初始启动条件检查时间 tstupcheck 1.80 — 2.13 ms VVCC > VVCCon 后启动
CRM 中 HS 导通时间控制的最大变化限制 ΔtHSonmaxCRM 75 80 85 ns CRM 运行,tHSon 不受 VCSSET 限制

8. 封装尺寸(原文第 6 章)

全部封装、包装种类等信息见英飞凌网页 “Products: http://www.infineon.com/products”。PG-DSO-14 外形图(Outline,图 50)与焊盘图(Footprint,图 51):焊盘尺寸 e = 1.27、A = 5.69、L = 1.31、B = 0.65(mm)。

9. 版本历史(Revision History)

10. 全部插图清单(图 1~51,图号+标题翻译)

译注:本规格书无独立的“典型特性曲线”章节(不同于 NCP1342 等模拟 QR 控制器的图 27~56 温漂曲线族);参数随温度/工艺的偏差信息以容差等级(表 22)与图 47/48(MFIO 电阻阈值容差曲线)形式给出。


译者附注

  1. PDF 字形提取(系统性):分数/系数被压扁——式 3/5/8/40 中 “12”=½、式 10/17/22/23/26 中 “N2”=N/2、式 35 中 “13”=1/3、式 37/47 中分式被拆行;译文已按 ½、N/2、1/3 还原。Ω、µ、k 等单位符号提取完好,未见 µ→m、Ω→W 类替换。表 23 中 VHSGD 上限 “VHSVCC+0.3” 被拆行为 “0␣.3”,按 VHSVCC+0.3 V 录入。
  2. 式 1:“D × Nin × Lm/(Lm+Lr)” 中 “Nin” 疑为 Vin 提取错位、匝比 N 是否在分母无法从提取文本确认(详见该处译注);式 23 印作 ISET = (N/2)·Iout,与式 5+24 及式 17 的自洽推导(ISET = (2/N)·Iout)矛盾;式 10/22/26 中 IMAGneg 的系数口径与式 5 不一致(详见 §5.3.1.3 译注)——均建议以式 5 物理定义与式 15/17/18 的可验证关系为准。
  3. 原文内部不一致/笔误清单:§3.2 章节列表把「吸合相位 bang-bang」指向 3.2.1(实为 3.2.2);§3.4.3 标题括号作 “(UVOFF)”(应为 HSUVOFF);式 28 tPDCOPC1 / 式 29 tPDCOCP1 / 表 21 tPDC 三种拼法;§3.3.3 VZVDtarget 与 VZCDtarget、图 18 VZVDTHR 与表 34 VZCDTHR 拼写不一(以表 34 为准);表 23 标题 “rantings”(ratings 之误);图 8 “condunction”、图 40 “switch-switch over”、§3.3.2.2 “Figure 29)” 多括号;图 45/46 原文未印图题;表 16 脚注 39/36 编号混用(tOCP1lev1bl 基于 tVSLWTASK,tOCP1lev2bl/tOCP1maxbl 基于 tSLWTASK,按原文照录)。
  4. 本 IC 的关键差异点(相对传统反激/QR 控制器):退磁期负预磁化 IMAGneg 由 tLSon 时序控制并按 Vin/Vout 前馈补偿,是半桥 ZVS 的充要条件管理手段;输出电流控制律(式 5/13/15)使 Iout 与 Vin、Vout 解耦;突发进入/退出基于输出电流估算而非仅 FB 电压;OCP1 三级(lev1 125%/lev2 140%/max 160%,默认值)+ 固定 OCP2(600 mV typ,LEB 内不消隐,默认锁存)。
  5. 全部可配置参数的出厂默认值见表 5~21;修改后各阈值的 min/max 须按表 22 容差等级由 typ 推导,勿直接沿用默认容差。

上一级:XDPS2201