FAN102MY [ONSEMI]
初级侧调节 PWM 控制器;
| 型号： | FAN102MY |
| 厂家： | 
ONSEMI |
| 描述： | 初级侧调节 PWM 控制器 控制器 开关 光电二极管 |
| 文件： | 总17页 (文件大小：1063K) |
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FAN102
初级端控制 PWM 控制器
特性
说明
初级端 PWM 控制器显著简化了需要 CV 和 CC 调节能力
的电源设计。FAN102 根据电源初级端的信息，精确控制
输出电压和电流，不仅消除了输出电流感测损耗，而且无
需任何次级反馈电路。
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
恒压 (CV) 和恒流 (CC) 控制（不带次级反馈电路）
绿色模式：轻负载时的频率降低
PWM 频率固定为 42 kHz，通过抖频降低 EMI
恒压模式下的电缆压降补偿
低启动电流：10 μA
具有低启动电流 (10 µA) 的绿色模式功能最大限度地提高
了轻负载效率，因此电源能够满足苛刻的待机功率调节。
与传统的次级端调节方法相比，FAN102 可在降低总成
本、元件数、尺寸以及重量的同时提高效率、生产率和系
统可靠性。
低工作电流：3.5 mA
恒压模式下的峰值电流模式控制
逐周期限流
典型输出恒压/恒流特征包络线如图 1 所示。
VDD 过压保护（带自动重启）
VO
VDD 欠压锁定 (UVLO)
栅极输出最大电压箝位在 18 V
固定过温保护（带自动重启）
采用 SOP-8 封装
应用
.
电池充电器适用于移动电话、无线电话、PDA、数
码相机、电动工具
IO
.
.
替代线性变压器和 RCC SMPS
离线高亮度 (HB) LED 驱动器
图 1. 典型输出 V-I 特性
订购信息
器件编号
工作温度范围
封装
包装方法
FAN102MY
-40°C 至 +105°C
8 引脚小尺寸封装 (SOP-8)
卷带和卷盘
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应用框图
CS N2 RS N2
VO
Bridge
Rectifier
Diode
IO
DR
VDL
+
RS N1 CS N1
NS
NP
CO
CDL
RS TART
-
DS N
DDD
CDD
NA
AC Line
FAN102
RGATE
1
2
3
4
8
7
C S
GATE
RCOMR
CCOMR
RS1
C OMR
C OMI
C OMV
VDD
S GND
VS
6
5
RCS
RS2
CCOMV
RCOMV
CCOMI
RCOMI
CS
图 2. 典型应用
内部框图
图 3. 功能框图
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标识信息
F- 飞兆徽标
Z- 工厂代码
X- 一位数字年份代码
Y- 一位数字周代码
TT- 两位数字裸片运行代码
T- 封装类型 (M=SOP)
P- Z：无铅，Y：绿色封装
M- 制造流程编码
ZXYTT
FAN102
TPM
图 4. 顶标
引脚配置
CS
GATE
VDD
GND
VS
1
2
3
4
8
7
6
5
COMR
COMI
COMV
图 5. 引脚配置
引脚定义
引脚号
1
名称 说明
电流检测。该引脚连接电流检测电阻以检测 MOSFET 电流，实现恒压模式下的峰值电流模式控
制，并提供恒流模式下的输出电流调节。
CS
电缆补偿。该引脚在 COMR 和 GND 引脚之间连接一个 电容器，用于补偿因恒压模式下的输出
电缆损耗产生的压降。
2
3
4
COMR
COMI
COMV
恒流环路补偿。该引脚在 COMI 和 GND 引脚之间连接一个电容器和一个电阻器，用于补偿电流
环路增益。
恒压环路补偿。该引脚在 COMV 和 GND 引脚之间连接一个电容器和一个电阻器，用于补偿电压
环路增益。
电压检测。该引脚根据辅助绕组电压检测输出电压信息和放电时间。该引脚连接两个分压电阻器
和一个电容器。
5
6
7
VS
GND
VDD
接地。
电源。集成电路工作电流和 MOSFET 驱动电流通过此引脚提供。该引脚连接至外部 VDD 电容
（典型值为 10 µF）。启动和关断的阈值电压分别为 16 V 和 5 V。
PWM 信号输出。该引脚输出 PWM 信号并包括图腾柱输出驱动器，用于驱动外部功率
MOSFET。箝位栅极输出电压为 18 V。
8
栅极
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绝对最大额定值
应力超过绝对最大额定值，可能会损坏器件。在超出推荐的工作条件的情况下，该器件可能无法正常工作，所以不建议
让器件在这些条件下长期工作。此外，长期在高于推荐的工作条件下工作，会影响器件的可靠性。绝对最大额定值仅是
应力规格值。
符号
参数
最小值
最大值
单位
VDD
VVS
VCS
VCOMV
VCOMI
PD
直流电源电压(1,2)
VS 引脚输入电压
CS 引脚输入电压
电压误差放大器输出电压
电压误差放大器输出电压
功率耗散 (TA＜50°C)
热阻（结到空气）
热阻（结到外壳）
工作结温
30
7.0
V
V
-0.3
-0.3
-0.3
-0.3
7.0
V
7.0
V
7.0
V
660
150
39
mW
°C /W
°C /W
°C
ΘJA
ΘJC
TJ
+150
+150
+260
4.5
TSTG
TL
存储温度范围
-55
°C
引脚温度（波峰焊或 IR，10 秒）
°C
kV
V
静电放电性能，人体模型，JEDEC- JESD22_A114
静电放电性能，元件充电模型，JEDEC- JESD22_C101
ESD
1250
注意：
1. 若应力超过绝对最大额定值中所列的数值，可能会给器件造成不可修复的损坏。
2. 测得的所有电压，除差模电压之外，都参照 GND 引脚。
推荐工作条件
推荐的操作条件表明确了器件的真实工作条件。指定推荐的工作条件，以确保器件的最佳性能达到数据表中的规格。
飞兆半导体建议不要超过推荐工作条件，也不能按照绝对最大额定值进行设计。
符号
参数
工作条件
最小值
典型值
最大值
单位
TA
工作环境温度
-40
+105
°C
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电气特性
除非另外说明，VDD=15 V 且 TA=25°C。
符号
参数
工作条件
最小值 典型值 最大值
单位
VDD 部分
VOP
连续工作电压
导通阈值电压
关断阈值电压
25
V
V
V
VDD-ON
VDD-OFF
15
16
17
4.5
5.0
5.5
V
DD=20 V, fs=fOSC,
IDD-OP
工作电流
启动电流
VVS=2 V,
CS=3 V, CL=1 nF
3.5
1.6
1
5.0
10.0
2
mA
μA
V
IDD-ST
0< VDD < VDD-ON-0.16 V
0
VDD=20 V, VVS=2.7 V
fS=fOSC-N-MIN, VCS=0 V
CL=1 nF, VCOMV=0 V
IDD-GREEN
绿色模式工作电源电流
mA
VDD-OVP
V
DD 过压保护电平
VCS=3 V, VVS=2.3 V
fs=fOSC, VVS=2.3 V
27
28
29
V
tD-VDDOVP
VDD 过压保护去抖时间
100
250
400
μs
振荡器部分
中央频率
TA=25°C
39
42
±2.6
3
45
fOSC
频率
KHz
抖频范围
TA=25°C
±1.8
±3.6
tFHR
抖频周期
TA=25°C
ms
Hz
KHz
%
fOSC-N-MIN
空载时的最小频率
VVS=2.7 V, VCOMV=0 V
VVS=2.3 V, VCS=0.5 V
VDD=10 V 至 25 V
TA=-40°C 至 +105°C
550
20
fOSC-CM-MIN CCM 模式下的最小频率
fDV
频率变化与 VDD 偏差的关系
5
fDT
电压感测部分
IVS-UVP
频率变化与温度偏差的关系
15
%
用于掉电保护的灌电流
180
9.5
μA
μA
RVS=20 KΩ
Itc
IC 补偿偏置电流
VCOMV=0 V, TA=25°C,
RVS=20 KΩ
VBIAS-COMV
V
COMV 控制的自适应偏置电压
1.4
V
电流检测部分
tPD
GATE 输出传播延迟
100
200
ns
ns
VVS=-0.8 V, RS=2 KΩ,
VCOMV=1 V
tMIN-N
空载时的最小导通时间
1100
tMINCC
VTH
恒流模式下的最小导通时间
限流的阈值电压
VVS=0 V, VCOMV=2 V
400
1.3
ns
V
接下页…
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电气特性
除非另外说明，VDD=15 V 且 TA=25°C。
符号
参数
工作条件
最小值 典型值 最大值
单位
电压误差放大器部分
VVR
VN
参考电压
COMV 引脚上绿色模式开始电压
2.475
2.500
2.8
2.525
V
V
fS=fOSC-2 KHz,
VVS=2.3 V
VG
COMV 引脚上绿色模式结束电压 fS=1 KHz
0.8
90
90
V
μA
μA
V
IV-SINK
输出灌电流
输出源电流
输出高电平
VVS=3 V, VCOMV=2.5 V
IV-SOURCE
VV-HGH
VVS=2 V, VCOMV=2.5 V
VVS=2.3 V
4.5
电流误差放大器部分
VIR
II-SINK
II-SOURCE
VI-HGH
参考电压
2.475
2.500
55
2.525
V
μA
μA
V
输出灌电流
输出源电流
输出高电平
VCS=3 V, VCOMI=2.5 V
VCS=0 V, VCOMI=2.5 V
VCS=0 V
55
4.5
电缆补偿部分
用于电缆补偿的 COMR 引脚变
化测试电压
VCOMR
R
COMR=100 KΩ
0.735
75
V
栅极部分
DCYMAX
最大占空比
输出低电平
输出高电平
输出高电平
上升时间
%
V
VOL
VDD=20 V, IO=10 mA
DD=8 V, IO=1 mA
1.5
VOH
5
4
V
V
VOH_MIN
V
VDD=5.5 V, IO=1 mA
VDD=20 V, CL=1 nF
tr
200
80
300
150
18
ns
ns
V
tf
VCLAMP
下降时间
V
DD=20 V, CL=1 nF
DD=25 V
输出箝位电压
15
V
过温保护部分
TOTP
过温保护阈值温度(3)
+140
°C
注：
3. 如果过温保护激活，电源系统进入自动重启模式，输出被禁止。
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典型性能特征
5.5
5.3
5.1
4.9
4.7
4.5
17
16.6
16.2
15.8
15.4
15
14.6
-40
-30
-15
0
25
50
75
85
100
125
125
125
-40
-30
-15
0
25
50
75
85
100
125
125
125
Temperature (ºC)
Temperature (ºC)
图 6. 导通阈值电压 (VDD-ON) 与温度的关系
图 7. 关断阈值电压 (VDD-OFF) 与温度的关系
47
45
43
41
39
37
35
4
3.6
3.2
2.8
2.4
2
-40
-30
-15
0
25
50
75
85
100
-40
-30
-15
0
25
50
75
85
100
Temperature (ºC)
Temperature (ºC)
图 8. 工作电流 (IDD-OP) 与温度的关系
图 9. 中心频率 (fOSC) 与温度的关系
2.525
2.515
2.505
2.495
2.485
2.475
2.525
2.515
2.505
2.495
2.485
2.475
-40
-30
-15
0
25
50
75
85
100
-40
-30
-15
0
25
50
75
85
100
Temperature (ºC)
Temperature (ºC)
图 10. 参考电压 (VVR) 与温度的关系
图 11. 参考电压 (VIR) 与温度的关系
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典型性能特征
23
22
21
20
19
18
17
600
580
560
540
520
500
-40
-30
-15
0
25
50
75
85
100
125
-40
-30
-15
0
25
50
75
85
100
125
Temperature (ºC)
Temperature (ºC)
图 12. 空载时最小频率 (fOSC-N-MIN) 与温度的关系
图 13. CCM 模式下最小频率 (fOSC-CM-MIN) 与温度
的关系
1250
1170
1090
1010
930
30
25
20
15
10
5
0
850
-40
-30
-15
0
25
50
75
85
100
125
-40
-30
-15
0
25
50
75
85
100
125
Temperature (ºC)
Temperature (ºC)
图 14. 绿色模式频率减小速率 (SG) 与温度的关系
图 15. 空载时最小导通时间 (tMIN-N) 与温度的关系
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-40
-30
-15
0
25
50
75
85
100
125
-40
-30
-15
0
25
50
75
85
100
125
Temperature (ºC)
Temperature (ºC)
图 16. COMV 引脚上绿色模式开始电压 (VN) 与温度 图 17. COMV 引脚上绿色模式结束电压 (VG) 与温度的关系
的关系
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8
典型性能特征
95
91
87
83
79
75
95
92
89
86
83
80
-40
-30
-15
0
25
50
75
85
100
125
125
125
-40
-30
-15
0
25
50
75
85
100
125
125
125
Temperature (ºC)
Temperature (ºC)
图 18. 输出灌电流 (IV-SINK) 与温度的关系
图 19. 输出源电流 (IV-SOURCE) 与温度的关系
60
60
58
56
54
52
50
58
56
54
52
50
-40
-30
-15
0
25
50
75
85
100
-40
-30
-15
0
25
50
75
85
100
Temperature (ºC)
Temperature (ºC)
图 20. 输出灌电流 (II-SINK) 与温度的关系
图 21. 输出源电流 (II-SOURCE) 与温度的关系
80
76
72
68
64
60
2
1.6
1.2
0.8
0.4
0
-40
-30
-15
0
25
50
75
85
100
-40
-30
-15
0
25
50
75
85
100
Temperature (ºC)
Temperature (ºC)
图 22. COMR 引脚上用于电缆补偿的变化测试电压
(VCOMR) 与温度的关系
图 23. 最大占空比 (DCYMAX) 与温度的关系
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9
功能说明
图 24 显示初级端调节反激式转换器的基本电路图，典型
波形如图 25 所示。一般而言，初级端调节更适合在不连
续导通模式 (DCM) 下工作，因为它可实现更佳的输出调
节。DCM 反激式转换器的工作原理如下所示：
ID
Io
Np:Ns
D
+
+ VF
-
+
VDL
L
O
A
D
Lm
VO
-
在 MOSFET 导通期间 (tON)，输入电压 (VDL) 被施加到初
级端电感 (Lm) 两端。然后，MOSFET 电流 (Ids) 由零至峰
值 (Ipk) 呈线性上升。在此期间，电能从输入获取并存储
在电感中。
-
V
AC
Gate
Ids
EA_I
CS
I
o
MOSFET 关断时，电感中存储的电能会使整流二极管
(D) 强制处于导通状态。当二极管导通时，输出电压 (Vo)
以及二极管正向压降 (VF) 被施加到次级端电感器两端
Estimator
VCOMI
RCS
Ref
V
tDIS
Detector
PWM
Control
S
2
(Lm×Ns2/Np ) 并且二极管电流 (ID) 从峰值 (Ipk×Np/Ns) 至零
NA
V
DD
呈线性下降。电感放电时间 (tDIS) 结束时，存储在电感器
中的所有能量都已传递至输出。
VCOMV
V
o
Estimator
RS1
RS2
+
Vw
-
EA_V
Ref
当二极管电流达到零时，变压器辅助绕组电压 (VW) 开始
因初级端电感 (Lm) 与 MOSFET 上加载的有效电容之间
的谐振而振荡。
Primary-Side Regulation
Controller
图 24. 简化的 PSR 反激式转换器电路
在电感电流放电期间，输出电压与二极管正向压降之和反
射到辅助绕组，即 (VO+VF)× NA/NS。由于二极管正向压
降随着电流的减小而减小，辅助绕组电压在二极管导通时
间结束时最能准确反射输出电压，此时二极管电流减小至
零。通过在二极管导通时间结束时对绕组电压进行采样，
可以获得输出电压信息。用于输出电压调节 (EA_V) 的内
部误差放大器将采样得到的电压与内部精确参考值进行比
较，生成误差电压 (VCOMV)，该值可确定 MOSFET 在恒
压模式下的占空比。
I
ds (MOSFET Drain-to-Source Current)
I pk
ID (Diode Current)
同时，由于输出电流与稳定状态时二极管电流的平均值相
等，因此可以通过峰值漏极电流和电感电流放电时间来计
算输出电流。
NP
NS
I pk
•
ID.avg = I o
输出电流评估器使用电感放电时间 (tDIS) 和开关周期 (tS)
获得通过峰值检测电路的电流峰值并计算输出电流。将此
输出信息与内部精确参考值进行比较，生成误差电压
(VCOMI)，该值确定 MOSFET 在恒流模式下的占空比。
V
W (Auxiliary Winding Voltage)
NA
NS
VF•
在两个误差电压 VCOMV 和 VCOMI 中，较小的电压确定占
空比。在恒压调节模式期间，VCOMV 确定占空比，而
VCOMI 饱和至高电平。在恒流调节模式期间，VCOMI 确定
占空比，而 VCOMV 饱和至高电平。
NA
NS
VO•
t ON
t
DIS
t
S
图 25. DCM 反激式转换器的主要波形
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电缆压降补偿
Switching Frequency
对于手机充电器应用，电池位于电缆末端，这通常导致实
际电池电压有几个百分点的压降。FAN102 具有可编程电
缆压降补偿功能，能够在恒压模式下整个负载范围内，在
电缆末端提供恒定的输出电压。随着负载增大，通过增加
电压调节误差放大器的基准电压来补偿电缆两端的压降。
补偿量由 COMR 引脚上的电阻控制。补偿量与 COMR
电阻之间的关系如图 26 所示。
42kHz
15
14
13
Deep
Green
Mode
12
11
Green Mode
Normal Mode
10
9
550Hz
0.8V
2.8V
VCOMV
8
图 27. 绿色模式的开关频率
7
6
抖频
5
EMI 的减少可通过抖频实现，它将能量分布在比 EMI 测
试设备测得的带宽还要宽的频率范围内。FAN102 具有内
部 抖 频 电 路 ， 能 够 以 3 ms 为 周 期 在 39.4 kHz 和
44.6 kHz 之间改变开关频率，如图 28 所示。
4
3
2
1
Gate Drive Signal
100
10
20
30
40
50
60
70
80
90
RCOMR (k
)
图 26. 电缆压降补偿
t s
温度补偿
内置温度补偿在较宽的温度变化范围内提供恒压调节。该
内部补偿电流补偿次级端整流二极管的正向压降变化。
t s
绿色模式工作
FAN102 采用电压调节误差放大器输出 (VCOMV) 作为输出
负载的指示并调制 PWM 的频率（如图 27 所示），这
样，开关频率就会随着负载的降低而降低。在重载条件
下，开关频率固定为 42 kHz。一旦 VCOMV 下降至低于
2.8 V，PWM 频率就开始从 42 KHz 向 550 kHz 线性下
降，以降低开关损耗。当 VCOMV 下降至低于 0.8 V 时，
开关频率固定在 550 Hz，并且 FAN102 进入深度绿色模
式，其中工作电流降至 1 mA，有助于进一步减少待机功
耗。
t s
44.6kHz
fs
44.6kHz
42.0kHz
39.4kHz
3ms
图 28. 抖频
t
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Fault
Occurs
前沿消隐 (LEB)
Power
On
Fault Removed
VDS
在 MOSFET 导通瞬间，由于初级端电容放电和次级端整
流器反向恢复，导致出现一个高电流尖峰通过 MOSFET。
RCS 电阻两端过高的电压可能导致 MOSFET 提前关断。
FAN102 采用一个内部前沿消隐 (LEB) 电路。目的是在
MOSFET 导通后短时间内抑制 PWM 比较器。因此，无
需外部 RC 滤波。
VDD
16V
启动
图 29 显示 FAN102 应用的典型启动电路和变压器辅助绕
组。在 FAN102 开始开关前，仅消耗启动电流（典型值
10 µA）通过启动电阻提供的电流对 VDD 电容器 (CDD) 充
电。当 VDD 达到导通电压 16 V (VDD-ON) 时，FAN102 开
始开关并且 FAN102 消耗的电流增至 3.5 mA。然后，
FAN102 所需的电能由变压器辅助绕组提供。VDD 较大的
滞回提供更多保持时间，允许对 VDD 使用一个小电容器。
5V
Operating Current
3.5mA
10µA
VDL
+
Np
Fault
Situation
Normal
Operation
Normal
Operation
CDL
RSTAR T
DDD
-
图 30. 自动重启运行
DD 过压保护 (OVP)
V
VDD 过压保护能够防止过压情况引起的损坏。如果开路反
馈条件下 VDD 电压超过 28 V，就会触发 OVP。OVP 设
置有保护延迟时间（典型值 250 µs），防止开关噪声引
起误触发。该功能还可以防止其它开关器件遭受过压。
CDD
NA
AC Line
FAN102
1
2
3
4
8
7
CS
GATE
VDD
过温保护 (OTP)
当结温超过 140°C 时，内置温度检测电路会关断脉宽调
制输出。
RS1
COMR
COMI
COMV
6
5
SGND
VS
RS2
掉电保护
由于当 MOSFET 导通时辅助绕组电压反映输入电压，
FAN102 通过辅助绕组电压检测线路电压。当 MOSFET
导通时，VS 引脚被钳位于 1.15 V，如果 MOSFET 导通
期 间 VS 引 脚 电 流 输 出 小 于 IVS-UVP （ 典 型 值 为
180 µA），就会触发掉电保护。
图 29. 启动电路
逐脉冲限流
保护
当电流检测电阻两端的检测电压超过内部阈值 1.4 V 时，
MOSFET 关断，作为开关周期的提示。在正常运行中，
由于峰值电流由控制环路限制，因此不会触发逐脉冲
限流。
FAN102 具有若干自保护功能，如过压保护 (OVP)、过
温保护 (OTP) 和掉电保护。所有保护功能都在自动重启
模式下实现。一旦出现故障情况，开关终止，并且
MOSFET 保持关断。这会导致 VDD 下降。当 VDD 达到
VDD 关断电压 5 V 时，FAN102 消耗的电流降至启动电流
（典型值 10 µA）并且通过启动电阻提供的电流对 VDD
电容器充电。当 VDD 达到导通电压 16 V 时，FAN102 恢
复正常运行。通过这种方式，自动重启功能可以交替使能
和禁用功率 MOSFET 的开关，直到消除故障条件（参见
图 30 ）。
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典型应用电路（初级端调节反激式充电器）
应用
飞兆半导体设备
输入电压范围
输出
手机充电器
FAN102
90~265 VAC
5 V/0.78 A (3.9 W)
特性
.
.
.
高效率（满载时，>68%）符合能源之星SM V2.0 和 CEC 法规要求，并留有足够裕量
低待机功耗（115 VAC 时，引脚=0.087 W；230 V 时，引脚=0.123 W）
严格的输出调节 (CV: ±5%，CC: ±7%)
74
72
70
68
66
64
62
6
5
4
3
2
1
0
115V60Hz (70.7% avg)
230V50Hz (68.3% avg)
66.3% : Energy Star V2.0 (Nov. 2008)
AC90V
AC120V
AC264V
AC230V
62.2% : CEC (2008)
25
50
75
100
900
0
100 200 300 400 500 600 700 800
Output Current (mA)
Load(%)
图 31. 测量效率和输出调节
1nF
30Ω
CSN2 RSN2
IO
LP 15µH
1mH
VO
DR
SB260
CSN1
1nF
1N4007
1N4007
RSN1
100kΩ
VDL
+
1kΩ
CDL2
RPL
1kΩ
N1
N3
CP
220µF
CO
470µF
4.7µF CDL1
4.7µF
RSTART
-
1N4007 1N4007
RDAMP
2MΩ
DSN
1N4007
270Ω
DDD
1N4007
CDD
10µF
N2
AC Line
QMOSFET
FQU1N60C
FAN102
RGATE
100Ω
1
8
7
C S
GATE
RCOMR
CCOMR
1µF
RS1
115kΩ
2
3
4
C OMR
VDD
82kΩ
6
5
C OMI S GND
C OMV VS
RCS
1.6Ω
RS2
24.9kΩ
10nF
CCOMV
68nF CCOMI
CS
RCOMV
43kΩ
47pF
200kΩ
RCOMI
图 32. 典型应用电路原理图
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典型应用电路（续）
变压器规格
.
.
磁芯：EE16
骨架：EE16
引脚
1－3
1－8
技术规格
2.3 mH ± 5%
65 µH ± 5%.
备注
初级端电感
100 kHz, 1 V
初级端有效漏电
短路次级绕组
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