ALTAIR05T - 800离线全初级感应开关稳压器：设计与应用解析

在电源管理领域，高效、稳定且安全的开关稳压器一直是电子工程师们追求的目标。今天，我们来深入探讨一款名为ALTAIR05T - 800的离线全初级感应开关稳压器，它在诸多方面展现出了独特的优势，适用于多种应用场景。

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一、产品概述

ALTAIR05T - 800是一款高压全初级感应开关器，旨在以最少的外部元件直接从整流市电运行。它将低压、高性能PWM控制器芯片和800V雪崩坚固功率部分集成在同一封装中，能够提供恒压（CV）和恒流（CC）输出调节，无需光耦，在重载瞬变期间也能实现紧密调节。

二、产品特点剖析

1. 恒压恒流输出调节：采用初级感应反馈实现CV/CC调节，无需光耦、次级电压参考和电流传感器，却能在重载瞬变时保持精确调节。这不仅简化了电路设计，还提高了系统的可靠性。大家在设计类似电路时，是否考虑过这种无传感器调节方式对成本和性能的影响呢？
2. 准谐振（QR）操作：通过变压器去磁感应输入实现MOSFET导通同步，使系统工作在变压器不连续（DCM）和连续导通（CCM）边界附近。这种操作方式能带来最小的导通损耗、低EMI发射和短路安全特性。在实际应用中，如何充分发挥QR操作的优势，减少电磁干扰，是我们需要思考的问题。
3. 低待机功耗：在轻载或空载时，设备进入受控的突发模式操作，结合内置的高压启动电路和低工作电流，可将待机功耗降至最低。这对于需要长时间待机的设备来说，无疑是一个重要的优势。
4. 自动自供电：芯片能够直接从整流市电获取电源，尤其在CC调节期间，当绕组产生的反激电压低于UVLO阈值时，这种自供电功能显得尤为重要。不过，如果需要满足最严格的节能要求，还是需要通过辅助绕组供电。
5. 输入电压前馈：实现与市电无关的CC调节，补偿电流传感电路的内部延迟，提高了系统的稳定性和适应性。

三、引脚连接与功能

ALTAIR05T - 800采用SO16N封装，各引脚具有不同的功能：

1. SOURCE（1、2脚）：功率部分源极和PWM比较器输入，通过检测电阻上的电压来确定MOSFET的关断事件。该引脚还具备250ns的消隐时间，以提高抗干扰能力。
2. Vcc（3脚）：设备的供电电压，通过内部高压启动发生器对连接在该引脚和地之间的电解电容充电。在芯片工作时，如果辅助绕组提供的电压不足，启动发生器会继续为电容充电。
3. GND（4脚）：信号部分和栅极驱动的接地引脚，所有偏置元件的接地连接都应连接到该引脚，且要与脉冲电流回路分开。
4. IREF（5脚）：CC调节环路的参考电压，需要外接电容，内部电路会在该电容上产生一个电压，作为CC调节期间MOSFET峰值漏极电流的参考。
5. ZCD/FB（6脚）：变压器去磁感应和输入/输出电压监测引脚，负向边沿触发MOSFET导通事件，同时监测该引脚在导通期间的电流，以实现输入电压前馈和CC调节。
6. COMP（7脚）：内部跨导误差放大器的输出，通过连接补偿网络来实现电压控制环路的稳定性和良好的动态性能。
7. CDC（8脚）：电缆压降补偿输入，在CV调节期间，通过连接电阻到ZCD/FB引脚，可以补偿输出电缆上的电压降。
8. DRAIN（13 - 16脚）：内部功率部分的漏极连接，同时也是内部高压启动发生器的电流吸收引脚，这些引脚连接到内部金属框架，便于散热。

四、电气特性

文档中详细列出了该设备的各项电气特性参数，包括功率部分、高压启动发生器、供电电压、供电电流、启动定时器、零电流检测器、线路前馈、跨导误差放大器等方面。这些参数是我们在设计电路时的重要依据，例如，功率MOSFET的V(BR)DSS最小值为800V，典型RDS(on)为11Ω，这决定了其在高压环境下的工作能力和导通损耗。

五、应用信息

1. 多模式操作
   • 重载时的QR模式：系统工作在变压器DCM和CCM边界附近，开关频率随线路/负载条件变化，具有最小导通损耗、低EMI发射和短路安全特性。
   • 中/轻载时的谷跳模式：根据COMP引脚电压定义转换器的最大工作频率，随着负载减小，MOSFET导通事件发生在后续谷值，避免开关频率升高。
   • 无负载或极轻负载时的突发模式：转换器进入受控的开/关操作，恒定峰值电流，负载减小会导致频率降低，可将频率相关损耗降至最低，符合节能法规要求。
2. 功率部分和栅极驱动：功率部分保证在指定能量额定值内的安全雪崩操作和高dv/dt能力，栅极驱动在导通和关断期间提供受控的栅极电流，以最小化共模EMI。在UVLO条件下，内部下拉电路确保功率MOSFET不会意外导通。
3. 高压启动发生器：当输入大容量电容电压高于启动阈值（典型50VDC）时，通过DRAIN引脚为VCC引脚的电容充电。当Vcc电压达到启动阈值（典型13V）时，芯片开始工作，高压启动发生器关闭。
4. 零电流检测和触发块：检测变压器去磁，通过ZCD/FB引脚的负向边沿触发MOSFET导通。触发块在MOSFET关断后有消隐时间，以防止误触发。开关频率限制在166kHz，以避免轻载和高输入电压时频率过高。
5. 恒压操作：通过辅助绕组的电压分压来感测输出电压，在变压器去磁结束时采样和保持ZCD/FB引脚的电压，与内部参考电压比较。COMP引脚用于频率补偿，输出电压可根据公式计算。
6. 恒流操作：利用辅助绕组的输出电压生成MOSFET开关的控制信号，通过电容CREF上的电压来控制平均输出电流，输出电流与输入或输出电压、变压器电感值无关。
7. 电压前馈块：补偿电流传感电路的内部延迟，实现与市电无关的CC调节。通过计算RZCD电阻值，可使峰值漏极电流与输入电压无关。
8. 电缆压降补偿（CDC）：补偿输出电缆上的电压降，通过连接电阻到ZCD/FB引脚，增加CV调节设定点。CDC块作为外部控制环路，需要注意其对系统稳定性的影响。
9. 轻载或空载时的突发模式操作：当COMP引脚电压低于阈值时，设备进入突发模式，以最小能量传输工作，降低频率相关损耗，符合节能要求。
10. 软启动和启动块：由恒流块自动实现软启动功能，在启动时限制初级峰值电流，使输出电容电压缓慢上升。
11. 打嗝模式过流保护（OCP）：保护设备免受二次整流器短路、二次绕组短路或变压器饱和的影响。当检测到故障时，设备进入打嗝模式，间歇性工作，降低功率电路的应力。

六、典型应用与效率

文档给出了一个5W宽范围市电CC/CV电池充电器的典型应用电路，并列出了在115VAC和230VAC输入电压下不同负载时的效率数据。平均效率分别为77.79%和74.12%，这为我们评估该设备在实际应用中的性能提供了参考。

七、封装信息

ST提供不同环保等级的ECOPACK®封装，以满足环境要求。SO16N封装的详细机械数据在文档中给出，包括尺寸的最小、典型和最大值，这对于PCB设计时的布局和安装非常重要。

八、总结

ALTAIR05T - 800是一款功能强大、性能优越的离线全初级感应开关稳压器，具有多种先进的功能和保护特性，适用于手机和其他手持设备的AC - DC充电器以及需要精确电流和/或电压调节的紧凑型SMPS。在设计应用电路时，我们需要充分了解其特点和电气特性，合理选择引脚连接和参数设置，以实现最佳的性能和可靠性。同时，注意PCB布局的合理性，遵循相关的布局建议，确保系统的正常运行。大家在实际使用过程中，是否遇到过类似产品的应用问题，又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。