深入解析ALTAIR04 - 900高压开关调节器

在电子工程师的日常设计中，选择合适的开关调节器至关重要。今天，我们就来深入探讨一下ALTAIR04 - 900这款高压全初级感应开关调节器，看看它有哪些独特的特性和应用场景。

文件下载：EVLALTAIR900-M1.pdf

一、产品概述

ALTAIR04 - 900是一款高压全初级感应开关调节器，能够直接从整流市电运行，所需外部部件极少。它将高性能低压PWM控制器芯片和900V雪崩坚固功率部分集成在同一封装中，采用SO16N封装形式。

产品特性

1. 无光耦初级侧恒压操作：无需光耦、次级电压基准和电流传感器，仍能保持精确的调节。
2. 可调节且与市电无关的最大输出电流：在过载/短路条件下确保安全操作，提高了产品的可靠性。
3. 900V雪崩坚固内部功率部分：具备出色的耐压能力，能适应高压环境。
4. 准谐振谷底开关操作：降低开关损耗，减少电磁干扰（EMI）。
5. 低待机功耗：符合节能要求，适用于对功耗敏感的应用。
6. 过流保护：可防止变压器饱和和次级二极管短路，增强了产品的稳定性。

应用场景

• 电能计量开关电源：为电能计量设备提供稳定的电源。
• 三相输入工业系统的辅助电源：满足工业系统对电源的高要求。
• AC - DC适配器：广泛应用于各种电子设备的电源适配。

二、引脚连接与功能

引脚连接

ALTAIR04 - 900的引脚连接如图2所示，在布局时需注意将铜面积放置在漏极引脚下方以散热。

引脚功能

引脚编号	引脚名称	功能描述
1, 2	SOURCE	功率部分源极和PWM比较器输入，用于检测MOSFET电流以控制其关断，具备250ns消隐时间。
3	Vcc	设备的供电电压，由内部高压启动发生器充电，在辅助绕组供电不足时维持充电。
4	GND	接地引脚，为IC信号部分和栅极驱动提供电流回路。
5	IREF	CC调节回路参考电压，通过外部电容设置MOSFET峰值漏极电流参考。
6	ZCD/FB	用于准谐振操作的变压器去磁检测和输入/输出电压监测，触发MOSFET导通。
7	COMP	内部跨导误差放大器的输出，用于连接补偿网络以实现电压控制回路的稳定。
8 - 11	N.A	不可用引脚，必须保持未连接。
12	N.C	内部未连接引脚。
13 - 16	DRAIN	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。

三、最大额定值与电气特性

最大额定值

符号	引脚	参数	值	单位
VDS	1,2, 13 - 16	漏源极（接地）电压	-1 to 900	V
ID	1,2, 13 - 16	漏极电流	0.7	A
Eav	1,2, 13 - 16	单脉冲雪崩能量（Tj = 25°C, ID = 0.7A）	25	mJ
Vcc	3	供电电压（Icc < 25mA）	自限	V
IZCD/FB	6	零电流检测器电流	±2	mA
Vcomp	8	模拟输入	-0.3 to 3.6	V
Ptot		功率耗散（TA = 50°C）	0.9	W
Tj		结温范围	-40 to 150	°C
Tstg		存储温度	-55 to 150	°C

电气特性

在不同的测试条件下，ALTAIR04 - 900展现出了丰富的电气特性。例如，功率部分的漏源击穿电压V(BR)DSS在Tj = 25°C时最小为900V；高压启动发生器的最小漏极启动电压VStart典型值为50V；供电电压Vcc的工作范围为11.5 - 23V等。这些特性为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据。

四、工作模式与应用信息

工作模式

根据转换器的负载条件，ALTAIR04 - 900可工作在不同模式：

1. 重载时的准谐振模式（QR - mode）：通过检测变压器绕组电压的负向边沿，同步MOSFET导通和变压器去磁，工作在变压器不连续（DCM）和连续导通（CCM）的边界附近，具有低导通损耗、低EMI排放和短路安全等优点。
2. 轻至中载时的谷底跳过模式（Valley - skipping - mode）：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导通发生在后续谷底，避免开关频率上升。
3. 极轻载或空载时的突发模式（Burst - mode）：进入受控的开/关操作，具有恒定的峰值电流，可降低频率相关损耗，符合节能法规要求，且无明显可听噪声。

应用信息

1. 功率部分和栅极驱动：功率部分确保在指定能量额定值内的安全雪崩操作和高dv/dt能力，MOSFET的V(BR)DSS最小为900V，典型RDS(on)为16Ω。栅极驱动在导通和关断时提供受控的栅极电流，以减少共模EMI。
2. 高压启动发生器：当输入大容量电容电压高于VStart阈值（典型50V）时，HV电流发生器通过DRAIN引脚供电，向Vcc引脚的电容提供Icharge电流（典型5.5mA）。当Vcc电压达到启动阈值（典型13V）时，芯片开始工作，HV发生器关闭。在CC调节期间，若辅助绕组产生的反激电压不足以维持Vcc，HV发生器会再次启动。
3. 零电流检测和触发块：当ZCD/FB引脚出现低于50mV的负向边沿时，触发MOSFET导通，但触发块需先由超过100mV的正向边沿激活。该功能用于检测变压器去磁，实现准谐振操作。触发块在MOSFET关断后有消隐时间，以防止误触发，消隐时间取决于COMP引脚电压。
4. 恒压操作：IC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对ZCD/FB引脚信号进行采样保持，与误差放大器内部参考进行比较。COMP引脚用于频率补偿，输出电压可根据公式计算。
5. 恒流操作：通过辅助绕组的输出电压生成控制信号，控制开关Q1。输出平均电流可根据公式计算，与输入或输出电压、变压器电感值无关，主要取决于变压器匝数比和感测电阻。
6. 电压前馈块：为解决CC比较器的内部传播延迟导致的电流过冲问题，设备实现了线路前馈功能，通过在电流感测信号上引入输入偏移电压来调整逐周期电流限制。
7. 突发模式操作：当COMP引脚电压低于固定阈值VCOMPBM 65mV时，IC禁用，MOSFET关断，转换器以低能量传输的突发模式运行，可降低频率相关损耗，满足节能要求。
8. 软启动和启动块：恒流块自动实现软启动功能，在启动时限制初级峰值电流，确保输出电压缓慢上升。
9. 打嗝模式过流保护（Hiccup - mode OCP）：当RSENSE上的电压超过1V时，比较器监测并激活保护电路。若首次触发后下一个开关周期未再次触发，则认为是临时干扰，保护逻辑复位；若再次触发，则认为是真正的故障，设备停止工作。设备进入低频率间歇操作（打嗝模式），降低功率电路的应力。
10. 布局建议：正确的印刷电路板布局对开关模式转换器的正常运行至关重要。补偿网络应尽可能靠近COMP引脚，信号地应与功率地和感测电阻走线分开。

五、典型应用与测试数据

典型应用

提供了4.5W（9V - 500mA）宽范围市电适配器和440VAC输入电压选项的电气原理图，展示了ALTAIR04 - 900在实际应用中的电路连接方式。

测试数据

包括空载功耗、满载效率、V - I曲线等测试数据和波形图，直观地展示了ALTAIR04 - 900在不同输入电压和负载条件下的性能表现。

六、总结

ALTAIR04 - 900以其丰富的特性、灵活的工作模式和可靠的保护功能，为电子工程师在设计开关电源时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计要求，合理选择引脚连接、参数设置和布局方式，以充分发挥该器件的性能优势。同时，通过对测试数据的分析，能够更好地评估其在不同工作条件下的性能表现，确保设计的可靠性和稳定性。

各位工程师朋友们，在使用ALTAIR04 - 900进行设计时，你们遇到过哪些挑战？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你们的经验和见解。