RT7738GGE

Preliminary SmartJitter TM 多重模式之返馳式轉換控制器 概述 特點 RT7738系列為強化高效能多重模式脈波寬度調變(PWM) 之返馳式轉換控制器，並加入智慧型抖頻技術 (SmartJitterTM)之專利於控制器中。創新的智慧型抖頻技 術，不僅可降低系統進入降頻模式所造成之電磁干擾， 亦可消除輸出抖頻紋波。同時，RT7738兼具連續導通模 式(CCM)及谷底切換之多重模式控制，達到產品效能升 級之效益。對於能效要求日益嚴苛之趨勢，RT7738提供 產品研發設計者最佳之選擇。  RT7738採用SOT-23-6/TSOT-23-6封裝，為電流模式脈 波寬度調變控制器，提供適應性軟啟動功能，於開機期 間隨負載變化自動調整軟啟動時間。RT7738更結合完整 安全保護機制，並提供多項可編程設計功能，包含：可 編程傳輸延遲時間補償、可編程輸出過電壓保護、可編 程大電容Brown-in/Brown-out保護及(Bulk Cap.)過電壓 保護。讓產品研發設計者得更靈活的設計應用對應的商 品，以較少的零件數及較低的成本，開發設計高效節能 AC/DC電源產品。 應用     RT7738 切換式 AC/DC 適配器 筆記本電腦適配器 電視及監視器應用 PC 週邊設備           具專利之智慧型抖頻技術  改善切換式電源產生之電磁干擾  消除輸出抖頻紋波 兼具連續導通模式及谷底切換之多重模式控制器 超低啟動電流 ( VBS_ET 震盪器部分 標準脈衝寬度調變頻率 最大導通時間 TON_MAX kHz µs 綠能模式之最小頻率 fGM_MIN 脈衝寬度調變之抖頻範圍 f 脈衝寬度調變之抖頻週期 TJIT 頻率變動程度對 VDD 之誤差 fDV VDD = 9V to 23V -- -- 2 % 頻率變動程度對溫度之誤差 fDT TA = 30°C to 105°C -- -- 5 % 開路電壓 VCOMP_OP 回饋電壓引腳開路 2.5 -- -- V 回饋電壓引腳的短路電流 IZERO VCOMP = 0V -- 0.125 -- mA VCOMP < VGM_ED kHz % ms 回饋電壓引腳(COMP)部分 回饋電壓引腳開路之保護延遲 時間 TOLP 進入綠能模式門檻電壓 VGM_ET 結束綠能模式門檻電壓 VGM_ED 輸出短路之保護延遲時間 TD_OSP fPWM = 65kHz RT7738G/L -- 60 -- fPWM = 65kHz RT7738A -- 30 -- fPWM = 100kHz RT7738H -- 39 -- -- 1.75 -- RT7738G/L/A -- 1.6 -- RT7738H -- 1.55 -- fPWM = 65kHz；RT7738G/L/A -- 16 -- fPWM = 100kHz；RT7738H -- 10.4 -- ms V V ms 電流感測(CS)部分 電流限制之最大值 VCS_MAX 0.39 0.4 0.41 V 前沿消隱時間 TLEB 350 450 550 ns 次級整流器短路保護門檻電壓 VSRSP_TH RT7738G/L/A 0.8 0.9 1.0 RT7738H 1.0 1.1 1.2 最大軟啟動時間 TSS RT7738G/L/A -- 16 -- RT7738H -- 10.4 -- V ms 柵極引腳(GATE)部分 上升沿時間 TR CL = 1nF -- 250 -- ns 下降沿時間 TF CL = 1nF -- 40 -- ns 柵極輸出箝位電壓 VCLAMP VDD = 23V -- 13 -- V Copyright © 2014 Richtek Technology Corporation. All rights reserved. www.richtek.com 6 is a registered trademark of Richtek Technology Corporation DS7738-P00 April 2014 Preliminary 參數 符號 RT7738 測詴條件 最小 典型 最大 單位 2.45 2.5 2.55 V -- 3.7 4 µs 去磁引腳(DMAG)部分 去磁引腳過電壓保護門檻電壓 VDMAG_OVP 去磁引腳過電壓保護前遮蔽時間 TBK_OVP VCS = 0.36V 去磁引腳過電流保護門檻電流 IDMAG_OCP -- 600 -- µA 去磁引腳啟動門檻電流 IDMAG_BNI -- 145 -- µA 去磁引腳欠電流保護門檻電流 IDMAG_BNO -- 132 -- µA 去磁引腳欠電流保護延遲時間 TD_BNO -- 16 -- ms fPWM = 65kHz fPWM = 100kHz 過溫度保護部分 開機前過溫度保護 TOTP_INTH 晶片內之過溫度保護 (注釋五) -- 130 -- °C 開機後過溫度保護 TOTP_STTH 晶片內之過溫度保護 (注釋五) -- 140 -- °C 注釋一： 元件應力若超過所列的“絕對最大額定值(Absolute Maximum Ratings)”可能會導致永久性的損壞。不僅應力額定值，元件 功能操作於這些或任何其它情況下，超過規格所標明的操作部分則不被包含在內。長時間操作在絕對最大額定值時，會對 產品的可靠度造成影響。 注釋二： θJA 是在 TA 為 25°C 自然對流（靜止空氣中）下，並將元件安裝於符合 JEDEC 51-3 熱計量標準之低導熱係數測詴板上所 測得。 注釋三： 組件易受 ESD 影響，建議裝卸謹慎。 注釋四： 此元件不保證其操作條件以外的功能。 注釋五： 為設計保證。 Copyright © 2014 Richtek Technology Corporation. All rights reserved. DS7738-P00 April 2014 is a registered trademark of Richtek Technology Corporation www.richtek.com 7 Preliminary RT7738 典型應用電路 VO+ Mains (90V to 265V) VO- (Optional) 5 VDD 6 3 DMAG GATE 2 COMP RT7738 CS 4 GND 1 Copyright © 2014 Richtek Technology Corporation. All rights reserved. www.richtek.com 8 is a registered trademark of Richtek Technology Corporation DS7738-P00 April 2014 Preliminary RT7738 應用資訊 RT7738為一多重模式脈衝寬度調變之返馳式轉換控制 器。系統依據負載條件反應至控制器回饋引腳，控制器 將自動轉換於定頻連續導通模式(CCM)及谷底切換變頻 操作模式。隨著負載降低，控制器隨之進入綠能模式、 突發模式(Burst Mode)及VDD保持模式。RT7738自動化 多重控制模式切換，以優化系統工作於不同負載時之效 能。面對日益嚴苛之能效要求，RT7738提供產品研發設 計者最佳返馳式轉換控制器選擇。 RT7738提供可編程傳輸延遲時間補償功能。當系統開關 晶體導通時，此時輔助繞組電壓為負壓，RT7738電壓箝 位電路會輸出箝位電流將去磁引腳(DMAG)電壓箝位於 零伏，且此箝位電流正比於輸入電壓，如圖1所示。 RT7738透過增益比例於電流感測(CS)引腳輸出傳輸延 遲補償電流，產品研發設計者可透過調整傳輸延遲補償 電阻(RPDC)方式，補償不同輸出電壓所造成傳遞延遲誤 差，達到系統高低壓輸入下維持相同之輸出電流、準確 過載保護之目的。 電源工程師一開始設計得以RPDC為470Ω、CRC為100pF 作為初始傳輸延遲時間補償之設定。如圖2所示，系統高 低壓輸入下維持相同之輸出電流乃為所冀，如曲線(1)。 傳輸延遲時間會因系統變壓器感量、開關晶體寄生電容 值、開關晶體閘極上串聯電阻值…… 等系統元件設計不 同而使過載保護曲線於不同高低壓輸入而有所不同。若 過載保護曲線如曲線(2)所示，得透過微調RPDC阻值增加 作調整；若過載保護曲線如曲線(3)所示，得透過微調CRC 容值增加作調整。電源工程師得透過傳輸延遲時間補償 之設定調整RPDC及CRC以優化過載保護曲線，使過載保 護曲線於不同高低壓輸入下維持相同之輸出電流。 VAUX RA DMAG RB RT7738 Heavy Load (2) High Line Up (1) Target (3) High Line Down Light Load Low Line Input Voltage High Line 圖2. 過載保護曲線示意圖 可編程傳輸延遲時間補償功能 Vin Detection OCP Curve xK CS 智慧型抖頻技術(SmartJitter TM ) 常見的脈衝寬度調變控制器，會依據回饋電壓VCOMP， 來達成綠能提升系統能效之功能。 輸出功率可表示為： PO_DCM (VCOMP )  1 x V  Lp  ( 1 COMP )2  fs (VCOMP )   2 RCS 其中，Lp為變壓器之磁化電感；RCS為電流感測電阻； VCOMP為COMP引腳之回饋電壓；fS為功率開關的切換頻 率；η為系統轉換效率以及x1為常數係數。 輸出功率為VCOMP回饋電壓的一個函數。於常見的PWM 控制器中，頻率抖動功能通常是為了改善電磁干擾的問 題，然而，頻率抖動範圍是取決於PWM的開關頻率。 當系統進入降頻模式，回饋電壓VCOMP、PWM開關頻率 與輸出功率的關係式，在控制器及系統回授環路的閉迴 路控制下操作至另一個新的穩定點。此新的穩定點會受 到回饋電壓VCOMP、PWM開關頻率交互影響，而限制了 抖頻的範圍，改善電磁干擾的功能亦因此打了折扣，如 圖3所示。 RT7738系 列應用 立錡科技公 司所有 之智 慧型抖頻 技 術。創新的抖頻技術，不僅改善於綠能模式下，切換式 電源產生之電磁干擾，也消除了輸出抖頻紋波。 RPDC CRC RCS 圖1. 傳輸延遲時間補償功能方塊圖 Copyright © 2014 Richtek Technology Corporation. All rights reserved. DS7738-P00 April 2014 is a registered trademark of Richtek Technology Corporation www.richtek.com 9 Preliminary RT7738 Jittering Freq. General PWM Controller Normal Operating RT7738 Jittering Freq. Normal Operating fs mean = 64.85kHz Jittering Range = Jittering Freq. fs mean = 64.61kHz Jittering Range =  6.3% General PWM Controller Green Mode 6.0% RT7738 Jittering Freq. Green Mode fs mean = 42.99kHz Jittering Range = fs mean = 42.58kHz Jittering Range =  3.3% 7.7% 圖 3 綠能模式下之抖頻範圍：一般 PWM 控制器與 RT7738 去磁(DMAG)引腳電阻值設計 當系統開關晶體導通時，此時輔助繞組電壓為負壓， RT7738電壓箝位電路會輸出箝位電流將去磁引腳電壓 箝位於零伏，且此箝位電流正比於輸入電壓。RT7738 內建去磁引腳啟動門檻電流(IDMAG_BNI)、去磁引腳欠電 流保護門檻電流(IDMAG_BNO)及去磁引腳過電流保護門 檻電流(IDMGA_OCP)。設計者得透過去磁引腳電阻RA及 RB 設 計 ， 如 圖 4 所 示 ， 得 以 間 接 設 計 大 電 容 (Bulk Capacitor) Brown-in (VBulk_Brown-in) 、 Brown-out (VBulk_Brown-out)及過壓(VBulk_OVP)保護。 RA  VBulk_Brown-in  NA NP  IDMAG_BNI RT7738去磁引腳啟動門檻電流、去磁引腳欠電流保護 門檻電流及去磁引腳過電流保護門檻電流為內建，而箝 位電流正比於輸入電壓。故偵測大電容之輸入電壓 Copyright © 2014 Richtek Technology Corporation. All rights reserved. www.richtek.com 10 Brown-in、Brown-out及過壓保護當其中一項之保護電 壓設定後，另二項保護電壓亦成比例設定完成。 大電容之輸入電壓Brown-out電壓(VBulk_Brown-out)為： VBulk_Brown-out  VBulk_Brown-in  IDMAG_BNO IDMAG_BNI 大電容之輸入電壓過壓保護電壓(VBulk_OVP)為： VBulk_OVP  VBulk_Brown-in  IDMAG_OCP IDMAG_BNI 當系統開關晶體截止時，藉由變壓器輔助繞組與二次側 圈比之比例，加上輔助繞組上串接電阻RA及RB，去磁 引腳透過RA及RB分壓得間接偵測輸出電壓目前狀況， 如圖4所示。RT7738內建去磁引腳過壓(VDMAG_OVP) 保護機制，設計者得透過此保護機制間接設計輸出電壓 過壓保護(VO_OVP)： is a registered trademark of Richtek Technology Corporation DS7738-P00 April 2014 Preliminary VDMAG_OVP  RA RB  NA   VO_OVP  VF  NS (Adaptive Blanking Time)以避免去磁引腳誤觸過壓保 護機制。消隱時間(TBK_OVP)會隨著尖峰感測電流準位  VDMAG_OVP VBulk CBulk RT7738 NS NP (VCS_PK)變動。消隱時間可經由下列公式計算得到： + VF - Vo TBK_OVP  1μs  VCS_PK  7.5 μs/V  VDMAG_OVP VDD VDMAG NA RA TBK_OVP DMAG VCS_PK RB VCS RT7738 圖5. 於去磁腳位上之震盪波形 GATE 啟動電路 圖 4. 去磁引腳電阻值設計 主動式消隱時間 當系統開關晶體截止時，變壓器之漏感與一次側線圈尖 峰電流會感應出震盪波形於去磁腳位上，如圖 5 所示。 此震盪波形會使得去磁引腳誤觸過壓(VDMAG_OVP)保 護機制，間接降低設計者得透過此保護機制間接設計輸 出電壓過壓保護(VO_OVP)之準確度，亦可能導致控制器 操作於不穩定的狀態下。隨著負載增加，此震盪之回覆 時間亦隨之變長。因此，RT7738 提供主動式消隱時間 於效率優化的前提下，建議將啟動電路與洩放電阻相互 連接。如此，可更加省電，並快速地重置栓鎖保護狀態。 圖6顯示了IDD 平均電流IDD_Avg 與洩放電阻RBleeding 關 係曲線。設計者可根據曲線去設計足夠的洩放電阻值。 當系統進入打嗝模式(Hiccup)之後，為了延長關閉週 期，並最小化功耗與熱耗，於進入自動重啟保護期間， 控制器會下抽一微小電流IDD_ARP。因此，最高輸入電 壓 之 啟 動 電 流 必 需 小 於 IDD_ARP (IDD_ARP(min) = 400µA)。否則，一旦控制器進入自動重啟保護，VDD 電容上的電壓將不會被IDD_ARP拉至VTH_OFF而重新開 機，控制器的行為模式就會像進入栓鎖保護，或是觸發 VDD的SCR。 IDD_Avg vs. RBleeding Curve IDD_Avg vs. RBleeding Curve 250 90 RBleeding 80 RBleeding 60 VDD 50 90Vac 85Vac 80Vac 40 IDD_Avg RBleeding 200 I DD_Avg (μA) I DD_Avg (μA) 70 RBleeding 225 IDD_Avg 175 VDD 150 265Vac 230Vac 125 30 100 20 75 50 10 0.6 1.0 1.4 1.8 2.2 2.6 3.0 0.6 1.0 1.4 1.8 2.2 2.6 3.0 RBleeding (MW) RBleeding (MW) 圖6. IDD_Avg與RBleeding關係曲線 Copyright © 2014 Richtek Technology Corporation. All rights reserved. DS7738-P00 April 2014 is a registered trademark of Richtek Technology Corporation www.richtek.com 11 Preliminary RT7738 自動重啟模式下 VDD 放電時間分析 柵極電阻 圖7 顯示在自動重啟保護下，VDD與VGATE的波形圖(範 例：過載保護)。在此模式，啟動電阻、VDD下抽電流與 VDD並聯電容會影響重新啟動時間，而VDD引腳的放電 時間tD_Discharge可由下列式子計算之： 圖8顯示典型應用電路中，RG主要用來緩和柵極驅動回 路所產生的振鈴突波。所以應用系統中，RG的值必需要 考慮到電磁干擾與效率後適當地選擇。 CVDD  (VDD_DIS  VTH_OFF ) tD_Discharge  IDD_ARP  IST 其中，CVDD為VDD並聯電容；VDD_DIS為進入自動重啟 模式時，VDD當時的電壓；VTH_OFF (典型為9V)為控制 器欠電壓閉鎖門檻；而IDD_ARP(典型為550µA)為進入自 動重啟模式時，VDD引腳的下抽電流；IST為電源系統所 設計之啟動電流。 注意：在最高輸入電壓條件下，啟動電流須設計小於 IDD_ARP ，否則在自動重啟保護時，VDD會無法下降至 VTH_OFF來啟動下一個啟動週期，因而系統的行為模式會 類似於栓鎖保護。 VDD RT7738內建一放電電阻RID 並聯於柵極引腳上，預防 MOSFET 發 生 任 何 不 確 定 情 況 。 一 旦 柵 極 引 腳 與 MOSFET柵極端斷路，於漏極與柵極寄生電容CGD之殘 餘能量，就會釋放至柵極與源極寄生電容CGS，MOSFET 可能因此被誤觸發，造成MOSFET的損壞。因此，建議 於MOSFET柵極端與地端之間增加外部放電電阻RED， 使漏極與柵極寄生電容CGD之殘餘能量藉由外部電阻放 電，避免MOSFET被誤觸發。 AC Mains (90V to 265V) The RT7738 build in a internal discharge-resistor to prevent the MOSFET at any uncertain conditions. VDD_DIS VTH_ON VTH_OFF CGD t Soft Driver VGATE OLP Delay Time GATE RG RID tD_Discharge t RED CS GND 圖 7. 自動重啟模式(範例：過載保護) Recommend to add the external dischargeresistor to avoid MOSFET falsely triggering. VDD保持模式 VDD保持模式主要被設計在系統操作於輕載、空載或是 負載瞬間變化的條件下，避免VDD 掉至關閉門檻電壓 VTH_OFF。VDD保持模式有助於降低啟動電阻損耗，並 達到規格上的啟動時間要求。同時亦使得輔助偏壓繞阻 與暫態響應易於設計。相較於突發模式，VDD 保持模式 會有較多的開關切換。因此，強烈地建議，當系統操作 於輕載或空載下，應避免進入 VDD 保持模式。 輸出短路保護 圖 8. 柵極電阻應用說明 回饋電阻 減低並聯於光耦旁之電阻損耗可提高輕載效率，如圖9所 示。由於小回饋電阻電流、並聯穩壓器(Shunt Regulator) 的選擇(例如：TL-431)與並聯穩壓器其最小調節電流間的 設計必須小心考慮，確保在較小的陰極電流下並聯穩壓 器也能正常調節輸出電壓。 RT7738藉由去磁引腳間接偵測輸出電壓 與延遲時間 (TD_OSP)，達到輸出短路保護機制。可將進入輸出保護 後的輸入功耗減至最小，尤其于高輸入電壓下，特別顯 著。 Copyright © 2014 Richtek Technology Corporation. All rights reserved. www.richtek.com 12 is a registered trademark of Richtek Technology Corporation DS7738-P00 April 2014 Preliminary Vo+ + + Vo- Feedback Resistor RT7738 任何開關切換訊號輸出。若控制器周溫低於TOTP_INTH則 控制器可正常開機運作，控制器於開關切換訊號輸出後 OTP準位自動轉態設定為TOTP_STTH(典型值為140C)。 即控制器正常開機後OTP保護點為TOTP_STTH，當控制器 週溫過高觸發OTP後，控制器進入保護機制，控制器即 會關閉，直到溫度下降；同時，如果VDD達到關閉門檻 電壓VTH_OFF，控制器將會進入打嗝模式直到過溫度故障 條件移除，控制器周溫低於TOTP_INTH，控制器才能再正 常運作。 熱的考慮 於連續操作下，切勿超過最大絕對接面溫度。最大功率 圖9. 回饋電阻示意 耗散將取決於IC封裝熱阻、電路板佈局、周圍環境的對 流速度和接面與環境之間的溫差。最大功率耗散可由下 式得之： 各引腳之負壓突波 PD(MAX) = (TJ(MAX)TA) / θJA 當控制器引腳發生負壓(