AW3610DNR

AW3610 产品手册 V1.0 REVISED：2013-12 限流值可调、5V 输出的高效率同步升压 DC-DC 转换器 特性 概要  5V USB OTG 和充电宝电源解决方案  输出限流一线脉冲可调，三档智能限流 率的同步开关升压电源芯片。输出电流最大可达  峰值效率高达 92% 0.95A@Vin=3.8V，适用于单节锂电池供电的系  采用 burst 技术，全负载范围高效率 统，如手机充电宝和 USB-OTG 应用等。  空载功耗：30μA(典型值)  1.5MHz 的高开关频率允许 1μH 的小电感 (CCM)工作时采用 1.5MHz 的高开关频率，以减小  温度折返技术，防止芯片过热 外部器件尺寸，节省 PCB 空间。在轻负载工作时，  2.9V～4.5V 的输入电压 自动进入 Burst 模式，实现全负载范围高效率。空  VOUT 引脚直流耐压 9V(EN=0) 载时静态电流只有 30μA，大大延长待机时间。  输出与输入“真”隔离，防止 VOUT 端反灌  内置过压、过温、输出碰地保护 脉冲调节输入电流限流值，从而调节最大输出电流  纤小的 TDFN2x3-8L 封装 能力。同时内置衬底切换电路，关机时输入与输出 AW3610 是一款恒定 5V 输出、大电流、高效 AW3610 采用 PWM 电流模控制，连续模式 AW3610 针对手机充电宝应用，加入了一线 实现“真”隔离，有效防止输入漏电和输出反灌。 应用 TM AW3610 采用了专有的 S-mode 的限流技 术，在重负载时输入电流可以很好的被限定在设定  手机  PADs  移动电源 TM 值。AW3610 还采用了 K-limit 智能温度-电流平 衡技术，输入限流值随芯片温度升高自动减小，有 效防止芯片过热。  USB On-The-Go 设备 AW3610 内置多重保护，比如输出过压保护、  数码相机 输出短路保护、输入低压保护和过温关断保护等。 AW3610 提供纤小的 TDFN2x3-8L 封装，额 定工作温度范围为-40℃至 85℃。 三档智能限流曲线 注1 L1 4 1150 SW 1μH 1000 5 VIN CIN 10μF 注3 EN VOUT 7、8 850 注2 AW3610 COUT 10μF 1 EN AGND 2 9 Mode 3 VOUT PGND 3 IOUT,max(mA) VIN 700 Mode 2 550 400 Mode 1 250 注1：电感L1推荐值为1μH,饱和电流需大于或等于2.5A； 注2：电容COUT需要10μF或10μF以上，CIN和COUT尽可能靠近芯片； 100 3.2 注3：EN引脚接高电平时，为最小限流档；输入一线脉冲信号时，输出 电流值可调。 版权所有 ©2013 上海艾为电子技术有限公司 1 3.4 3.6 3.8 VIN (V) 4.0 4.2 AW3610 产品手册 V1.0 REVISED：2013-12 引脚分布及标记图 AW3610DNR MARKING (器件标识图) AW3610DNR TOP VIEW (俯视图) 8 VOUT 7 VOUT PGND 3 6 NC 4 5 VIN 1 EN AGND 2 SW PGND P10 XY TDFN2x3-8L封装 P10-AW3610DNR XY-生产跟踪码 图 2：AW3610DNR 引脚分布俯视图及器件标识图 订购信息 产品型号 工作温度范围 封装形式 AW3610DNR -40℃～85℃ TDFN2x3-8L 器件标识 P10 AW3610 装运形式 R: Tape & Reel 封装形式 DN: DFN 版权所有 ©2013 上海艾为电子技术有限公司 2 发货形式 卷带包装 6000 片/盘 AW3610 产品手册 V1.0 REVISED：2013-12 绝对最大额定值(1) 参数 范围 VIN,EN,VOUT,SW 引脚上的电压 -0.3V to 6V 封装热阻 θJA 60℃/W 环境温度 -40℃ to 85℃ 最大结温 TJMAX 125℃ 存储温度 TSTG -65℃ to 150℃ 引脚温度（焊接 10 秒） 260℃ HBM（人体静电模式） 2KV 测试标准：JEDEC STANDARD NO.78B DECEMBER 2008 +IT：+450mA ESD 范围 Latch-up -IT：-450mA （1） 如果器件工作条件超过上述各项极限值，可能对器件造成永久性损坏。上述参数仅仅是工作条件的极限值，不建议 器件工作在推荐条件以外的情况。器件长时间工作在极限工作条件下，其可靠性及寿命可能受到影响 （2） HBM 测试方法是存储在一个 100pF 电容上的电荷通过 1.5 KΩ 电阻对引脚放电。测试标准：MIL-STD-883G Method 3015.7 版权所有 ©2013 上海艾为电子技术有限公司 3 AW3610 产品手册 V1.0 REVISED：2013-12 推荐工作条件: 最小 典型 最大 单位 4.5 V VIN 电源 VIN 上的电压 L 正常电流时的电感 1 μH CIN 输入节点 VIN 上的电容(陶瓷电容，X5R) 10 μF COUT 输出节点 VOUT 上的电容(陶瓷电容，X5R，10V) 10 μF TA 环境温度 25 ℃ 2.9 电气特性: （除非特别标注，均在推荐工作条件下测得） 参数 测试条件 最小 典型 最大 单位 1 μA ISD 关机电流 EN=0 0.1 IQ 静态电流 负载电流 IL=0 30 μA IVIN VIN 引脚电流 VIN=3.8V，IL=200mA 1.57 mA VOUT VOUT 输出电压及精度 Fosc 工作频率 Dmax 工作最大占空比 85 % TSOFT 软启动时间 250 μs RPMOS PMOS 管导通电阻 PMOS 管导通电阻，IPMOS=1A 80 mΩ RNMOS NMOS 管导通电阻 NMOS 管导通电阻，IPMOS=1A 80 mΩ ILEAKAGE SW 引脚漏电流 EN=0，VSW=5V 0.1 IOCP_Max 最大输入峰值电流 IVOUT_SHORT 输出碰地限流 VOVP 过压保护电压 5.5 V TTCP 过热保护温度 160 ℃ THYS 过热保护滞回温度 40 ℃ VIH 逻辑高电平 VIL 逻辑低电平 REN 内置下拉电阻 TLO EN 脉冲低电平持续时间 VIN=2.9V to 4.5V 0.75 2 10 μs THI EN 脉冲高电平持续时间 VIN=2.9V to 4.5V 0.75 2 10 μs TOFF EN 关断延迟时间 VIN=2.9V to 4.5V 500 IOUT=0mA 4.75 5.0 5.25 V 1.0 1.5 2.0 MHz 1 A 3.0 VOUT VIN，DC-DC 转换器开始开关工作， 软启动电路根据 VIN、VOUT 的电压比逐步变化 NMOS 功率管的导通时间。当 VOUT 电压到达目标值，环路调 节 VOUT 稳定在目标值。 “真”隔离和防电流反灌 异步升压器在芯片关断时，VIN 通过整流二极管 D1 和输出 VOUT 相连，VOUT 维持在比 VIN 低一个二极管导 通电压 VD1 的电位，VIN 和 VOUT 并没有真正的电气隔离。有些同步升压器在高边管 P 沟道 MOSFET 关闭时 VIN 仍然会通过内在的体二极管和 VOUT 相连，和异步升压器一致。 AW3610 通过衬底选择电路真正实现了 VOUT 和 VIN、内部电路的电气隔离。当芯片关断时，VOUT 下降到 0V，不会从 VIN 抽取电流；当 VOUT 外接电 压源时，也不会导致 VOUT 向 VIN 倒灌。 限流可调和限流保护 AW3610 提供逐周期峰值电流限流功能来保护开关元件。当电感峰值电流达到电流限制阈值，限流电路 关断功率 MOSFETs。 AW3610 一线脉冲调节设定输出电流值就是通过调节电流限流比较器的限流阈值来实现多档限流。直接 限制的是电感电流，通过限制电感电流来达到限制输出电流的目的。电流限流响应到关断 N 沟道 MOSFET 的延时时间典型值是 40ns。 通过调节输入限流值，AW3610 可以优化手机充电宝应用的可靠性。在典型情况下以大电流档给设备充 电；在主机电池电量不足或者是有大电流应用时（如通话、大型游戏等）以小电流给设备充电，避免主机电 池过载。下表是 AW3610 的模式说明。 AW3610 模式说明： 模式 EN 控制波形 典型输出电流 描述 典型输出电流为 VOUT 下降 5%时的电流； Mode 1 0.25A@VIN=3.8V Mode 2 0.55A@VIN=3.8V 典型输出电流为 VOUT 下降 5%时的电流 Mode 3 0.95A@VIN=3.8V 典型输出电流为 VOUT 下降 5%时的电流 充电宝应用，在电池电量较低时，可以调至该模式。 版权所有 ©2013 上海艾为电子技术有限公司 10 AW3610 产品手册 V1.0 REVISED：2013-12 EN 引脚一线脉冲控制时序图 AW3610 可以通过 EN 引脚加一线脉冲，来选择输入限流值。当 EN 直接与 VIN 相接时，默认设定为最 小限流档；当 EN 接 1.8V 兼容的 GPIO 口时，一线脉冲信号上升沿的个数决定了输入限流值，表 1 为 EN 上 升沿个数与输入限流的关系。 图示 5 为一线脉冲的时序图，其中 THI 指脉冲的高电平宽度，推荐值：2μs～10us；TLO 指脉冲的低电 平宽度，推荐值：2μs～10us；TOFF 指芯片进入关断模式所需的低电平时间。工作状态是循环模式，上电后 EN 引脚送入一个脉冲，那么就会进入 Mode 1。在 Mode 1 下，EN 再送入一个脉冲，会进入 Mode 2。在 Mode 2 下，EN 再送入一个脉冲，会进入 Mode 3。在 Mode 3 下，EN 再送入三个脉冲，会返回第一个工作 状态（即第 4 个 Bit 为保留位）。当 EN 引脚的控制信号拉低并至少持续 500us，芯片进入关断模式，关断模 式下的功耗极低，低至 0.1uA 以下。 TLO THI TOFF EN AW3610 Mode 1 Mode 2 Mode 3 1 reserve bit Mode 1 SHUTDOWN 图 5：AW3610 一线脉冲信号的时序图 TM 温度折返 K-TEMP 和过温关断保护 为防止重负载工作时芯片温度过高，AW3610 采用了专有的 K-limit TM 智能温度-电流平衡技术以监测芯片 结温，并在芯片结温上升超过 90℃时，温度环路自动减小峰值电流，以阻止芯片温度进一步上升。一旦芯片 温度低于 90℃，峰值电流自动增加到目标值。 当芯片结温超过保护温度 TSHTDWN（典型值 160℃）时，整个 Boost 升压电路关断。温度下降过温保 护迟滞温度（典型值 40℃）后，芯片重新启动。 Anti-Ring 抗振铃 DC-DC 转换器工作在电感电流不连续导通模式（DCM）时，由电感 L1 和 SW 节点电容 CSW 构成的谐 振回路会产生高频振铃现象，这种振铃能量虽然很小，但也会引起 EMI 辐射。 AW3610 内部集成了 Anti-Ring 抗振铃电路，通过一个电阻将电感的一端和芯片的电源之间进行连接，抑 制处于 DCM 工作时 SW 的振铃现象。 欠压保护(UVLO) UVLO 电路防止芯片在低电压工作时出现故障，同时避免电池的过放。当 VIN 下降到欠压保护阈值 VUVLO （典型值为 2.5V），芯片关断；当 VIN 上升到比 VUVLO 高 200mV（典型值为 2.7V），芯片开始正常工作。 VOUT 引脚耐压(EN=0) AW3610 在 OTG/充电宝应用时，VOUT 引脚通常与 USB 端口相连，对关态(EN=0)耐压有较高要求。 AW3610 的 VOUT 引脚关态直流耐压在 9V(DC)以上，满足大多数的 5V 充电应用。如果需要进一步增强芯片 的抗浪涌能力，可以在芯片的 VOUT 对地加一个齐纳管，如图 7 所示。齐纳管的选型见“应用信息”。 版权所有 ©2013 上海艾为电子技术有限公司 11 AW3610 产品手册 V1.0 REVISED：2013-12 典型应用图： L1 4 1μH VIN 5 SW VOUT VOUT 7、8 VIN CIN 10μF AW3610 COUT 10μF 1 GPIO EN GND 2、3、9 图6 L1 4 1μH VIN 5 EN 接一线脉冲的典型应用图示 SW CIN 10μF AW3610 GPIO 1 VOUT VOUT 7、8 VIN COUT 10μF EN GND 2、3、9 图7 增强浪涌电压保护的应用图示 版权所有 ©2013 上海艾为电子技术有限公司 12 ZENER AW3610 产品手册 V1.0 REVISED：2013-12 应用信息： 电感选择 电感的选取，需要综合考虑感值，体积，磁屏蔽，饱和电流和温升电流等。 a) 感值 电感感值的选取受限于升压转换器的内部环路补偿。为了保证在各种工作条件下仍然具有足够的相位裕 度，AW3610 推荐使用 1μH 的电感。 b) 体积 对一定感值的电感，体积越小，电感寄生串联电阻 DCR 越大，对应损耗越高，效率越低。 c) 磁屏蔽 磁屏蔽可以有效的防止电感的电磁辐射干扰，在对 EMI 敏感的应用环境中最好选用有磁屏蔽的电感。 d) 饱和电流和温升电流 电感饱和电流和温升电流值是选择电感的重要依据。随着电感电流增加，一方面，由于磁芯开始饱和， 电感感值会下降；另一方面，电感的寄生电阻和磁芯损耗都会导致电感温度升高。一般来说，定义电感感值 下降到 70%时的电流值称为饱和电流 ISAT，电感温度上升 40℃的电流值称为温升电流 IRMS。 在给定的输入电压 VIN 和负载电阻 RL 下，负载电流 IOUT，电源电流 IIN，电感纹波电流 ΔIL，电感峰值电 流 IPEAK，电感均方根电流 IL_RMS 可以使用下表中的公式计算出来： IOUT IIN ΔIL VOUT RL I OUT  VOUT VIN VIN  (VOUT  VIN ) VOUT  f  L IPEAK IL_RMS 参数说明 RL：负载电阻 I IN  I L 2 2 I IN  (I L ) 12 2 η： 转换效率 f： 开关频率 对于具体应用而言，需要计算出在应用范围内的最大 IPEAK 和 IL_RMS，并依此作为选择电感和输入限流值 的依据，根据上表的公式可知，最大电流对应 VIN 最小和 RL 最小的情况。比如 VIN 最小为 3.3V，RL 最小为 10Ω，则： I OUT  VOUT 5V   0.5 A RL 10 I IN  I OUT  VOUT 0.5 A  5V   0.89 A VIN 3.3V  0.85 I L  VIN  (VOUT  VIN ) 3.3V  (5V  3.3V )   0.56 A VOUT  f  L 5V  2MHz  1H I PEAK  I IN  I L  1.17 A 2 2 I L _ RMS  I IN  (I L ) 2 0.56 2  0.89 2   0.9 A 12 12 根据计算结果，需选择输入限流值大于 IPEAK，此处为 1.5A，电感选择顺络的 SWPA252010S1R0NT， 该电感封装为 2520，电感值为 1μH，饱和电流 ISAT 为 1.85A，温升电流 IRMS 为 1.65A。如果选择的电感 ISAT 或 IRMS 太小，则有可能导致芯片工作不正常，或者电感温度过高。 版权所有 ©2013 上海艾为电子技术有限公司 13 AW3610 产品手册 V1.0 REVISED：2013-12 由于 AW3610 有三档限流，最大负载电流不同，所使用的电感也会有差别。下表为不同限流值的推荐电 感： AW3610 推荐使用电感： 型号 电感值(μH) 最大电流(A) DCR(mΩ) 生产商 尺寸 网址 LQH32PB1R0NNC 1 2.5 43 Murata 3.2mm x 2.5mm x 1.55mm www.murata.com SPH4018H1R0NT 1 3.2 27 Sunlord 4.0mm x 4.0mm x 1.8mm www.sunlordinc.com 输出电容选择 输出电容选择时，需要综合考虑容值，电容耐压和电容材料。 AW3610 使用典型值为 10μF 的电容(或者两个 4.7μF 并联)。输出电容的大小会影响系统的相位裕度，不 推荐使用 4.7μF 以下的电容。 在 PWM 转换器的导通时间内，电源对电感充电，VOUT 与 SW 断开，输出电容单独对负载供电，输出 电压下降，产生输出纹波 VRIPPLE： VRIPPLE  (VOUT  VIN )  I OUT (5V  3.3V )  0.5 A   8.5mV VOUT  f  COUT 5V  2MHz  10F 普通的陶瓷电容在额定偏压值时会有偏压效应，此时直流电容值可能会下降超过 50%。 同时考虑到 VOUT 引脚通常和 USB 口的 VBUS 直接相连，输出电容 Cout 有耐压要求，推荐使用耐压在 10V 以上的陶瓷电容。 AW3610 推荐使用输出电容： 型号 电容(μF) 耐压(V) 生产商 尺寸 网址 GRM188B31A106KE69# 10 10 murata 0603 www.murata.com GRM185C81A475KE11# 4.7 10 murata 0603 www.murata.com C0603X5R475M100NT 4.7 10 EYANG 0603 www.szeyang.com 输入电容选择 升压转换器输入耦合电容推荐使用多层陶瓷电容。陶瓷电容有等效串联阻抗 ESR 小、封装尺寸小等优点。 输入电容 Cin 要紧靠着近芯片放置。10μF 的输入电容能满足绝大多数的应用；并不限制使用更大的电容，输 入电容越大，输入电流的纹波越小。 输入电容只使用陶瓷电容时要小心，如果输入电源通过长线来提供电压，升压转换器的输出负载瞬态响 应可能会诱发 Vin 端的振荡。同时振荡会耦合到 VOUT 端，被误认为是环路不稳定，甚至有可能损坏器件。 在这种情况下，输入电容 Cin 和长电源线之间需要放置钽电容来减小振荡。 陶瓷电容极低的 ESR 和不稳定的容量会导致振荡不稳定，铝电解超高的 ESR 会导致平滑性能不佳。 保护器件选择 如图 7 所示，为了进一步增强系统的完备性，避免芯片受 ESD 或者设备插拔导致的瞬态高压，在一些应 用中需要使用齐纳管或者肖特基二极管。推荐型号如下： 版权所有 ©2013 上海艾为电子技术有限公司 14 AW3610 产品手册 V1.0 REVISED：2013-12 齐纳管型号推荐： 型号 VZ(V) 功率(W) 生产商 尺寸 1SMB5920BT3G 6.2 3 Onsemi/diodes SMB 1SMB5921BT3G 6.8 3 Onsemi/diodes SMB 检查环路稳定性 评估环路稳定性的第一步是从稳态的角度来观察以下信号：  开关节点，SW  电感电流，IL  输出电压纹波，VOUT(AC) 以上是评估一个开关电源时所需要测量的基本信号。当 SW 的开关波形呈现大周期抖动或者输出电压或 者电感电流有振荡现象，环路可能是不稳定的。这通常是 PCB 版图或者电感、电容选型不当的结果。 评估环路稳定性的下一个步骤是负载瞬态响应测试。在负载瞬态响应期间，VOUT 会出现过冲或者振铃 的现象。正常情况下，振铃在数个工作周期内呈减幅振荡，直至 VOUT 稳定。如果环路不稳定，则 VOUT 可 能会持续振荡。 版权所有 ©2013 上海艾为电子技术有限公司 15 AW3610 产品手册 V1.0 REVISED：2013-12 PCB 版图及器件布局： AW3610 属于高频率大电流开关电源，PCB 的布局走线必须仔细考虑，确保芯片稳定、远 离噪声地工作。图 8 描述了 AW3610 推荐的 PCB layout 布局。同时设计过程中应遵循以下原则： 1. 所有电流路径走线尽可能短。图 8 中的所有元器件和铜线的连接要短而宽。VIN 和 VOUT 的旁路电容应尽量靠近芯片放置，而且要有最短的到地路径。 2. VIN 通过电感到 SW 引脚是大电流路径，走线要优先考虑。 3. PGND 脚和 AGND 脚直接就近和芯片散热底盘相连，并且连接到大面积的铺地层。散 热底盘要通过如图 8 所示的通孔连到中间地层。 4. 散热底盘上打多个通孔可以提高升压转换器的散热效果，特别是通孔连接到的地层是 PCB 底层或者 PCB 内层完整的底层的情况效果更佳。 5. 为更好的支持大电流应用，部分电源走线请务必加粗，VIN-SW 的之间，按照 1.5A 电 源走线规则走线，建议线宽为 60mil 左右，并做好包地和隔离；VOUT 端输出按照 1.0A 电源走线规则走线， ，线宽可按 40mil 走线。 散热片通过 通孔连接地层 COUT 1 8 VOUT >40mil AGND 2 7 VOUT PGND 3 6 NC SW 4 5 VIN EN CIN >60mil >60mil L1 图8 AW3610 版图布局参考 版权所有 ©2013 上海艾为电子技术有限公司 16 AW3610 产品手册 V1.0 REVISED：2013-12 DEMO 板信息： 图9 Demo 板正面图和反面图 版权所有 ©2013 上海艾为电子技术有限公司 17 AW3610 产品手册 V1.0 REVISED：2013-12 回流焊曲线 图 10 回流焊曲线图 Reflow Note spec Average ramp-up rate (217℃ to Peak) Time of Preheat temp.(from 150℃ to 200℃) Time to be maintained above 217℃ Peak Temperature Time within 5℃ of actual peak temp Ramp-down rate Time from 25℃ to peak temp 版权所有 ©2013 上海艾为电子技术有限公司 18 Max. 3℃/sec 60-120sec 60-150sec >260℃ 20-40sec. Max. 6℃/sec Max. 8min. AW3610 产品手册 V1.0 REVISED：2013-12 卷带描述： Carrier Tape Pin 1 direction Pin 1 版权所有 ©2013 上海艾为电子技术有限公司 19 AW3610 产品手册 V1.0 REVISED：2013-12 Cover tape 版权所有 ©2013 上海艾为电子技术有限公司 20 AW3610 产品手册 V1.0 REVISED：2013-12 Reel 111.0 REF Φ 2.75 106.0 REF 15 0 8. Φ7 40 4. Φ 1 0.5± .0 Φ9 .8 70.5±1.0 H A T SEE DETAIL“A” SEE DETAIL“B” W 2.40±0.10 Φ13.0+0.5/-0.2 2.0±0.3 .5±0 Φ 20 T 1.5 .2 120° DETAIL“A” 1.7 Ref Unit：mm DETAIL“B” Notes: 版权所有 ©2013 上海艾为电子技术有限公司 21 1. RD stands for Reel Dipped; 2. RS stands for Reel Standard; 3. BK stands for black Reel; 4. BL stands for blue Reel; AW3610 产品手册 V1.0 REVISED：2013-12 封装描述： D2 D e b Unit:mm E E2 TDFN2x3 -8L Symbol Min Typ Max A 0.700 0.750 0.800 A1 0.000 A2 c D1 Top View Bottom View A1 Side View 版权所有 ©2013 上海艾为电子技术有限公司 22 0.203( Ref.) b 0.200 0.250 0.300 c 0.350 0.400 0.450 D 1.950 2.000 2.050 D2 1.350 1.400 1.450 D1 1.500 ( Ref.) e 0.500 (BSC) A A2 0.050 E 2.950 3.000 3.050 E2 1.550 1.600 1.650 AW3610 产品手册 V1.0 REVISED：2013-12 手册版本： 版本修订记录： 版本 日期 V0.9 V1.0 2013.09 2013.12 修改说明 Preliminary 根据实验室测试结果增加典型曲线图以及修改相应参数 重要声明 上海艾为电子技术有限公司不对本公司产品以外的任何电路使用负责，也不提供其专利许可。上海 艾为电子技术有限公司保留在任何时间、没有任何通报的前提下修改产品资料和规格的权利。客户 应该在发送订单之前取得最新的相关信息并且核对信息的正确和完整性。 版权所有 ©2013 上海艾为电子技术有限公司 23