FM7538C(原边恒压恒流5V2A(内置MOS)充电器.doc

概述
FM7538C是一种高性能离线式PWM控制器，主要用于中小功率AC/DC充电器和适配器中。它工作于原边采样和调节，可省除极间光耦和TL431，其恒压和恒流控制特性说明如下图。最大输出功率可达15W。
在恒流控制时，其电流和输出功率的设定可由CS脚上的传感电阻Rs来调节；在恒压控制时，利用混合工作模式可以获得高效率和高性能。另外，利用内部的导线压降补偿功能可以得到良好的负载调整特性。在恒流模式重负载工作条件下，器件工作在PFM模式；中负载和轻负载，器件可工作在PWM模式和降频模式。
FM7538C具有电源软启动控制和多种带自动恢复的有效保护，它包含逐周期电流限制，VDD过压保护，VDD钳位和欠压保护等。另外，FM7538C还有优良的EMI性能和频率抖动控制特性，使用FM7538C可获得高精确的恒压/恒流特性。

图1 典型CC/CV曲线
特点

Ø 在通常AC输入条件下，恒压调节5%，恒流调节5%
Ø 原边采样和调节无需光耦和TL431
Ø 可程控CV/CC调节
Ø 可设定恒流和输出功率
Ø 内建次级恒流控制和原边反馈
Ø 内建合适的峰值电流调节
Ø 内建原边电感补偿
Ø 可调节线压降补偿
Ø 开机软启动
Ø 内置MOS开关管
Ø 内置前沿消隐电路（LEB）
Ø 可逐周期电流限制
Ø 带有迟滞的欠压锁定（UVLO）
Ø VDD过压保护（OVP）
Ø VDD钳位功能

产品应用

Ø 中小功率AC/DC离线式开关电源
Ø 手机充电器
Ø 数码相机充电器
Ø 小功率适配器
Ø PC、TV等电器的辅助电源
Ø 线性调节器/替代RCC变换器
Ø 恒流LED照明
Ø 封装形式：DIP-8

内部框图

引脚示意图及说明

序号
名称
I/O
说明
1
VDD
P
电源端
2
COMP
I
CV环路补偿
3
INV
I
连接反映输出的辅助绕组反馈电压的外接分压电阻，PWM占空周期由1Pin电流采样信号和EA放大器输出电压决定。
4
CS
I
电流采样输入
5、6
DRAIN
I
内置MOS管漏极
7、8
GND
P
地

典型应用电路

BOM表及变压器规格
Ø PCB图

Ø BOM表
序号
元件名称
型号&规格
封装
单位
组成用量
插件位置
1
插件二极管
1N4007
DO-41　
PCS
4
D1、D2、D3、D4　
2
电感
1000uH/1W
L-3.5　
PCS　
1　
L1
3
电解电容
10uF/400V±20%
10×12　
PCS
2
C1、C2
4
电解电容
10uF/50V±20%
5×8
PCS　
1　
C4
5
涤纶电容
102/250V±20%
CAP-4　
PCS　
1　
C3
6
高频低阻电解电容
1000uF/10V±20%
8×12
PCS
2
C7、C8
7
贴片电容
33P/50V±20%
0805
PCS
1
C6
8
贴片电容
103P/50V±20%
0805
PCS
1
C5
10
插件电阻
1M±5%
1206
PCS　
2
R1、R2
11
贴片电阻
100K±5%
0805
PCS
1
R3
12
贴片电阻
47K±1%
0805
PCS　
1
R4
13
贴片电阻
5.6K±1%
0805
PCS　
1
R5
14
贴片电阻
2.4Ω±1%
0805
PCS
1
R6、R7
15
贴片电阻
1K±5%
0805
PCS
1
R8
16
插件二极管
FR107
DO-41
PCS
2
D5、D6
17
插件二极管
1N5822
DO-201
PCS　
2
D7
18
保险丝
1.5A/250V

PCS　
1　
F1
19
变压器
EE19

PCS　
1
T1
20
IC
FM7538C
SOP-8
PCS
1
U1
21
AC电子线
红
φ0.16×60mm
PCS　
2
AC
22
USB母座

PCS
1
USB

Ø 变压器规格
结构图：
骨架类型
PIN数目
脚距
排距
备注
EE19卧式
4+4
5mm
13mm
Ae=23mm ²

原理图：

绕制要求：
绕组
绕制要求
匝数
线径
根数
层数
N1a初级
从Pin1起到Pin6收、密绕
57Ts
0.13
1
1
N2次级
从Pin5起到Pin8收、密绕
9Ts
0.50（三层绝缘线）
2
2
N1b初级
从Pin6起到Pin2收、密绕
55Ts
0.13
1
1
N3反馈
从Pin4起到Pin3收、居中密绕
29Ts
0.13
1
1
备注：1、线包包黄色玛拉胶纸，绕线时请注意绕线方向，避免绕组起收脚交叉，绕线必须平整。
2、磁芯加气隙，真空侵油，烤箱烘干，另变压器骨架上需贴上名称和供应商标签以方便区分。

电器要求：
1、电感量：Lp（N1）1.1mH±5%
2、漏感量：LS（N1）≤80uH
3、耐压：PRI（初级N1）—SEC（次级N3）2500AC/5ma/60s
PRI（初级N10）/SEC（次级N3）—CORE磁芯1500AC/5ma/60s
极限参数
项目
参数值
VDD电压
-0.3V到VDD钳位电压
VDD齐纳管钳位连续电流
10mA
COMP电压
-0.3V ~ 7V
CS输入电压
-0.3V ~ 7V
INV输入电压
-0.3V ~ 7V
最大工作结温
150℃
贮存温度
-55℃ ~ 150℃
引脚焊接温度（10秒）
260℃
内置MOS管耐压值
600V

电气特性
（Ta=25℃，VDD=16V，其它说明除外）
符号
参数
测试条件
最小值
典型值
最大值
单位
电源部分
IDD_ST
待机电流
VDD=13V

5
20
uA
IDD_OP
工作电流
CS=0V，VDD=18V

2
3
mA
UVLO(ON)
VDD进入欠压锁定
VDD下降
8.2
9.0
10.5
V
UVLO(OFF)
VDD退出欠压锁定
VDD上升
13.5
14.8
16
V
VDD_clamp
VDD最大工作电压

27
28.5
30
V
OVP
过压保护门限
VDD达到门极关闭斜坡电压
26
27.5
29
V
电流传感输入部分
TLEB
LEB时间

625

nS
Vth_oc
过流门限

880
910
940
mV
Td_oc
OCP传送延时

110

nS
Zsense_IN
输入阻抗

50

KΩ
T_ss
软启动时间

17

mS
频率部分
Freq_Max
最大频率

55
60
65
KHz
Freq_Nom
系统正常开关频率

50

KHz
Freq_startup

14

KHz
△f/Freq
频率抖动范围

±6

%
误差放大器部分
Vref_EA
EA参考电压

1.95
2
2.05
V
Gain
EA DC增益

60

dB
I_COMP_MAX
最大缆线补偿电流

37.5

uA
注：Freq_Max是指IC内部最大时钟频率在系统应用里，60KHz的最大工作频率正常发生在最大输出功率或者从CV到CC状态的转换点。

特性曲线

功能说明
FM7538C是一款低成本，高效率的PWM控制器，主要用于中小功率AC/DC转换器（电池充电器）、适配器中，它可工作在原边反馈和调节中，无需光耦和TL431，内部的恒压和恒流特性控制可达到高精度CC/CV控制需要，完全可满足大多数适配器的应用需求，由于具有恒流特性，可用于LED照明。

启动电流和启动控制
由于FM7538C设计的启动电流很低，因此VDD可很快的超过UVLO门限电平，从而可用大阻值启动电阻将工作中的功耗降到最小。

工作电流
FM7538C的工作电流较低（为2.5mA），低的工作电流和混合模式控制特性可以达到良好的性能。

软启动
FM7538C在内部设置了软启动功能，主要用于电源启动期间防止部分过压造成的异常，即当VDD一旦达到UVLO（OFF）时，控制部分使峰值电流、电压门限从0逐渐变化至正常值0.9V，每一次重启动都对应一个软启动。

恒流/恒压工作
FM7538C设计了一个良好的恒流/恒压特性（说明见图1），在充电器应用上，起初是恒流充电，到快充满时变为恒压充电。在AC/DC适配器里，常用的为恒压供电，恒流供电主要用于有电流限制时。在恒压供电时，输出电压是通过原边调节的，在恒流供电模式里，FM7538C将通过调节输出电压来达到恒流。

工作原理
为支持FM7538C的CC/CV控制特性，需要将反激变换系统应设计于DCM模式（典型应用见图1）。在DCM反激变换器里，可通过辅助绕组检测到输出电压。MOSFET管导通期间，输出滤波电容为负载提供电流，初级绕组电流斜波上升；当MOSFET管关闭时，能量由原边绕组传递到次级绕组，次级电流为：
Is=（Np/Ns）×Ip （1）
辅助绕组电压：
Vaux=（Naux/Ns）×（Vo+△V） （2），这里△V为输出二极管压降。

图2 辅助绕组电压波形
辅助绕组通过电阻分压连到INV端，在退磁结束时辅助绕组电压被采样并保持直到下一个采样周期。这个采样电压和2V参考进行比较，然后经误差放大器输出COMP映射负载电压，并控制PWM开关频率以调节输出电压，这样就达到恒压输出。当采样电压低于参考电压，并且误差放大器输出COMP端达到最大值，由采样电压控制开关频率调节输出电流，从而达到恒流输出的目的。

恒流和输出功率的调节
在FM7538C里恒流点和最大输出功率可由CS端的采样电阻RS来调节（见典型应用图），输出功率可以通过CC点变化来调节（RS大，输出功率小；RS小，输出功率大），说明见图3

图3 变化RS调节输出功率

工作开关频率
FM7538C的开关频率是根据负载的条件和工作模式控制的，无需外部元件设定频率。最大输出功率时，开关频率为60KHz，在DCM方式反激工作情况下，最大输出功率可由下式给出：
Po_max=(1/2)LpFswIp2 （3）
这里Lp为初级线圈电感，Ip为初级峰值电流【参考式（3）】，初级电感量的变化将导致最大输出功率的变化和恒流模式下输出电流的变化，为补偿初级电感偏差的变化，开关频率将由内部环路锁定，如下式：
Fsw=1/（2Tdemag） （4）
由于Tdemag和电感成反比，可使Ip和fsw乘积为恒定。所以在恒流模式下，原边电感的变化不会影响最大输出功率和恒流输出，即可补偿初级电感偏差±10%以上。

EMI频率抖动的改良
在FM7538C里可以进行频率抖动控制（开关频率调制），对振荡频率进行调制可以将声能发散，发散的频谱将EMI减至最小，更容易设计系统。

电流调节和输出波形毛刺处理
在FM7538C里设置有逐周期电流限制电路，这个开关电流由CS脚上的采样电阻检测。在功率MOS管打开初期，内部的前沿消隐电路可以消除采样信号中的电压尖峰，所以在CS输入上不再需要外接RC滤波器，PWM占空比由CS输入电压和EA输出电压决定。

可调节线压降补偿
在FM7538C里完成线压降补偿可以达到良好的负载调整要求，芯片内部的电流在INV端的分压电阻上产生失调电压，该电流和COMP脚电压成反比，即与输到负载上的电流成反比，这样在线损耗降压就会得到补偿。如果负载电流由满载减小到空载，则在INV脚上的失调电压就会随之增大。通过改变分压电阻的阻值可以调整线损补偿量的大小。

保护控制
FM7538C通过多种保护提高系统可靠性，主要包括逐周期电流限制（OCP），VDD钳位，电源软启动，欠电压锁定（UVLO）等。
VDD电压由辅助绕组产生，当VDD电压低于UVLO（ON）时，FM7538C的输出就会关闭。

封装信息

Symbol
Dimensions In Millimeters
Dimensions In Inches
Min
Max
Min
Max
A
3.710
5.334
0.146
0.210
A1
0.381

0.015

A2
3.175
3.600
0.125
0.142
B
0.350
0.650
0.014
0.026
B1
1.524(BSC)
0.06(BSC)
C
0.200
0.360
0.008
0.014
D
9.000
10.160
0.354
0.400
E
6.200
6.600
0.244
0.260
E1
7.320
7.920
0.288
0.312
e
2.540(BSC)
0.1(BSC)
L
2.921
3.810
0.115
0.150
E2
8.200
9.525
0.323
0.375