Vishay Si9121：ISDN数字电话的高效电源解决方案

一、产品概述

Vishay的Si9121是一款针对ISDN数字电话应用的高压、非隔离型降压 - 升压转换器。它已于2014年12月31日停止新购，但在相关旧项目中仍有应用价值。该芯片集成了多种功能，为ISDN电源供应提供了单芯片解决方案，简化了从 - 48V到 + 5V或 + 3.3V的转换器设计。

文件下载：SI9121DB-3.pdf

二、产品特点

（一）输出与反馈

1. 固定输出：提供固定的 + 5V或 + 3.3V输出，能满足不同ISDN设备的供电需求。
2. 集成反馈放大器：集成了浮动反馈误差放大器，可直接进行输出电压调节，无需外部并联稳压器。

（二）内部元件

1. MOSFET开关：片上集成了70V、1.5Ω的N沟道MOSFET开关，允许转换器直接从高输入总线电压供电，无需外部启动电路。
2. 启动电路：集成了高压启动电路和 (V_{CC}) 稳压器，可在 - 10V至 - 60V的输入电压范围内工作。

（三）工作模式与保护

1. PWM工作：采用95kHz的PWM工作模式，能在全负载条件下高效运行。
2. 软启动与振荡器：集成了软启动和振荡器电路，减少了外部元件数量。
3. 保护功能：具备欠压锁定、电流模式控制、打嗝模式短路保护和热关断等功能，提高了系统的可靠性。

（四）封装与温度范围

1. 封装形式：采用SOIC - 8窄体封装，有标准和无铅两种版本。
2. 温度范围：工业温度范围为 - 40°C至85°C，能适应多种恶劣环境。

三、电气特性

（一）绝对最大额定值

参数	数值
VNEG	- 63V
Vcs	VNGG - 0.3V至VCC + 0.3V
Vcc	VnEG + 13.2V
I (L_{X}) (峰值电流)	3A
Vour	6V
旁路，CS	VnEG - 0.3V至 (V_{OC}) + 0.3V
(VLX - VCS) 内部功率MOSFET	70V
存储温度	- 65°C至150°C
工作结温	150°C

（二）推荐工作范围

参数	范围
VNEG	- 10V至 - 60V
VCC (内部调节)	VNEG + 8.5V
VCC (外部供电)	VNEG + 9.5V至VNEG + 12.0V
数字输入	0V至Vcc

（三）推荐外部组件

推荐的外部组件包括 (L = 68mu H)，(C{OUT } = 220mu F // 0.1mu F)，(CIN = 33mu F)，(C{BYPASS } = 0.1mu F)，(C{V C C} = 1mu F)，(R{SENSE } = 0.25Omega) 0.5W。

（四）具体参数规格

这里列出了输出电压、线路调节、(V{CC}) 偏置电压、欠压锁定、软启动、振荡器、误差放大器、电流限制、MOSFET开关等参数的详细规格，如 + 5V转换器输出电压在10mA < (I{LOAD}) < 250mA时，范围为4.80V至5.20V；开关频率在室温下为80kHz至110kHz等。

四、工作原理

（一）启动过程

UVLO电路会防止内部电路在 (V{CC}) 低于负电源电压（VNEG引脚）7.6V（典型值）时开启。当 ((V{C C}-V_{N E G})) 超过UVLO阈值时，内部参考、振荡器和软启动电路将被启用。

（二）软启动

片上软启动电路利用误差放大器外部补偿网络来逐渐增加输出NMOS晶体管的电流限制，使输出电压逐渐上升，避免过大的过冲。推荐频率补偿组件下，软启动时间约为10ms。

（三）振荡器

振荡器无需外部组件，标称频率为95kHz。该频率使转换器在全负载条件下以PWM模式运行，且能在不使用大型输出电感和电容的情况下实现最佳效率。

（四）PWM模式与电流限制

Si9121是电流模式转换器，采用逐脉冲峰值电流限制。当CS引脚的峰值电流感应电压大于0.67V时，开关在时钟周期的剩余时间内关闭。

（五）旁路

旁路电压相对于 (V{NEG}) 引脚设置为特定正参考电压，用于为片上振荡器和软启动电路设置准确的电压和偏置电流。建议在旁路和 (V{NEG}) 之间连接0.1μF陶瓷去耦电容。

（六）误差放大器

误差放大器持续监测输出电压，并将其与参考电压进行比较。差值信号被电平转换到低端电路，以控制功率开关的占空比，从而调节输出电压。通过在COMP引脚和 (V_{NEG}) 引脚之间连接外部网络实现频率补偿。

（七）(V_{CC}) 稳压器

(V{CC}) 是内部生成的偏置电源电压，需用0.1μF电容连接到负电源电压 (V{NEG}) 进行外部旁路。(V{CC}) 也可由9.5V至12V的外部电源提供，当 (V{CC}) 高于 (V{NEG}) 9.5V时，内部 (V{CC}) 稳压器将被禁用。

（八）热关断

当结温超过170°C时，热关断功能将关闭器件。当芯片温度冷却至145°C以下时，稳压器重新启用。若因封装功耗过高导致芯片温度过高，稳压器的热电路将使稳压器不断开启和关闭，即热循环。

（九）打嗝模式短路保护

当输出短路时，器件立即进入逐周期电流限制模式。若热关断未激活，通过监测COMP引脚，Si9121自动决定是否启动内部打嗝定时器。当VCOMP超过约3.5V时，定时器启动，COMP引脚的外部网络被内部2A电流吸收器放电，直到VCOMP降至约1.5V。之后电路恢复正常软启动模式，若短路仍存在，将重复上述过程，直到短路消除。

（十）MOSFET开关

集成的低侧N沟道MOSFET开关提供了最佳性能，并减小了转换器的整体尺寸。MOSFET的典型 (r_{DS(on)}) 为1.5Ω，可使转换器输出高达2W的功率。

五、封装信息

Si9121采用SOIC（窄体）8引脚封装，JEDEC零件编号为MS - 012。其详细的尺寸规格以毫米和英寸为单位给出，包括A、A1、B、C、D、E、e、H、h、L、q、S等参数的最小和最大值。

六、总结

Vishay Si9121以其集成度高、功能丰富、性能可靠等特点，为ISDN数字电话的电源设计提供了优秀的解决方案。尽管已进入产品生命周期末期，但在旧项目维护和特定应用场景中仍有其价值。电子工程师在使用时，需根据具体需求合理选择外部组件，并注意各项参数的工作范围和保护功能的应用。大家在实际设计中是否遇到过类似芯片应用的问题呢？欢迎在评论区交流分享。