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特点和优点
使用1 Li+或2节碱性/NiMH/NiCAD电池供电;可调输出电压;>75%效率;三级开关电流限制:1.0、1.2、1.4A;快速充电时间;充电完成指示;带触发器的集成IGBT驱动器;无需一次侧肖特基二极管▪低剖面封装。
说明
A8436是一款高度集成的集成电路,为数码相机和胶片相机的闪光灯电容器充电。它还具有一个集成的IGBT驱动器,有利于闪存放电功能和节省板空间。
为了给闪光灯电容充电,A8436集成了一个40V的DMOS开关,该开关以反激式拓扑结构驱动变压器,允许紧密耦合和高效率的优化设计。一个专有的控制方案优化电容器充电时间。低静态电流和低关机电流进一步提高系统效率和延长电池寿命。
提供三个级别的开关电流限制:1.0、1.2和1.4 A。该级别通过将ILIM引脚分别配置为接地、浮动或拉高到IC电源电压来确定。
充电引脚启动A8436并开始对输出电容器充电。当达到指定的输出电压时,A8436停止充电,直到再次切换充电引脚。将充电针拉低可停止充电。D’’O’’N’’E’’引脚是达到指定输出电压时的开漏指示器。
A8436可与两个碱性/NiMH/NiCAD或一个连接到变压器一次侧的单芯锂电池一起使用。将车辆识别号针脚连接到3.0至5.5伏电源,如果使用,电源可以是系统导轨或蓄电池正极。
A8436有一个非常低的外形(0.75毫米)10端子3毫米×3毫米MLP/TDFN封装,使其成为空间限制应用的理想选择,以及MSOP。它们不含铅,100%哑光镀锡引线框架。
典型应用
应用程序包括:数码相机闪光灯;胶片照相机闪光灯;手机闪光灯;应急闪光灯。
运行时序图
事件说明:
A.在车辆识别号高于VUVLO级别的情况下,通过将充电拉到高位开始充电。
B.当电压达到目标电压时,充电停止。“D”“O”“N”“E”变低,表示充电过程已完成。
C.开始一个新的充电过程,在充电引脚处进行从低到高的转换。
D.将充电拉低,使控制器处于低功耗待机模式。
E.充电不开始,因为当充电过高时,车辆识别号低于VUVLO级别。
F.在车辆识别号高于VUVLO后,需要在充电引脚处进行另一次从低到高的转换,以开始充电。
性能特点
使用图6所示的应用电路进行的测试(除非另有说明)
功能描述
概述
A8436是一款具有可调输入电流限制的闪光灯电容充电器控制IC。它还集成了一个IGBT驱动器,用于闪光灯管的闪光灯操作,与分立的闪光灯操作解决方案相比,大大节省了电路板空间。控制逻辑如功能框图所示。
A8436的充电操作由充电引脚上的低到高信号启动,前提是车辆识别号高于VUVLO级别。如果在车辆识别号到达VUVLO之前充电已经很高,则需要充电引脚上的另一个从低到高的转换来开始充电。当充电循环开始时,变压器一次侧电流I基本以由电池电压的综合影响确定的速率线性上升,
一次侧电感。当IPrimary达到电流极限ISWLIM时,通过配置ILIM引脚设置,内部MOSFET立即关闭,允许能量从二次绕组被推入闪光灯电容COUT。二次侧电流随电荷的增加呈线性下降。
当内部MOSFET开关关闭时,输出电压VOUT由连接在输出二极管的阳极D1和接地之间的电阻串R1到R3感测。这个电阻串形成一个分压器,反馈到FB引脚。电阻器的尺寸必须根据FB引脚处1.205 V的典型值达到所需的输出电压水平。一旦VOUT达到所需值,充电过程即终止。用户可以切换充电管脚来刷新闪光灯电容器。
开关时间控制
A8436实现了自适应开/关时间控制。(有关电路的详细信息,请参阅第2页简化功能框图中的控制逻辑块。)持续时间,tON,由输入电压、VIN、变压器一次电感、LPrimary和设置的电流限制ISWLIM确定。关闭时间持续时间tOFF取决于关闭时间内的操作条件。A8436根据这些条件应用其两种充电模式:快速充电模式和定时器模式。
快速充电和定时器模式
当闪光灯电容器COUT仅部分放电时,IC以快速充电模式工作。在快速充电模式下,转换器在不连续边界附近工作,并且传感电路跟踪SW节点处的反激电压。一旦电压低于1.2v,内部MOSFET开关就会再次打开,开始下一个充电周期。
当开始输出完全放电的闪光灯电容器时,IC工作在定时器模式下,通常当输出电压VUT小于约10至20 V时,定时器模式是固定的18μs关断时间控制。A8436看门狗定时器控制方案的一个优点是,它限制了初始电流浪涌,从而起到“软启动”的作用。如图3所示,定时器模式仅持续一小部分时间(通常<100毫秒)。由于占空比较低,它的初始输入充电电流较低。当输出电压上升到10到20伏以上时,自适应快速充电模式接管控制,提高了平均输入电流水平。
完全放电闪光灯电容器的充电周期
图4A.为完全放电的闪光灯电容器充电的初始两个周期。在这两个周期里,休息时间(VSW低)由内部18μs定时器(定时器模式)控制。请注意,在第一个周期中,i主周期在0a附近开始,但在第二个周期中,它从更高的水平开始。这表明变压器铁心在第一个周期内没有复位。
图4B.在中间循环期间,输出电压VOUT增加。第二个是不连续的,导致VSW的振铃。但是,振铃的幅度不够大,无法将VSW拉到1.2V以下,因此A8436仍处于定时器模式。
图4C所示为定时器模式的最后一个循环,随后是快速充电模式下的一系列循环。由于VOUT的增加,VSW能够在每个周期降低到1.2V以下,从而触发主MOSFET开关的开启。
为了了解定时器模式,需要注意的是,二次绕组充电电流等二次电流以以下速率线性减小:
其中:二次电流是二次侧电流,一次侧电感,和N是变压器匝数比(N次/N次)。
如图4的三个面板所示,当A8436对完全放电的闪光灯电容器充电时,由于初始VOUT低,ISecondary降低非常缓慢。当SW节点电压大于1.2 V时,A8436内部定时器(定时器模式)设定了18μs的最长时间帧。当关断时间超过18μs时,内部MOSFET开关接通,启动下一个充电周期。
输入限流
通过配置ILIM引脚,可以将峰值输入电流ISWLIM设置为三个级别:
较低的输入电流提供了延长电池寿命的优势。但是,为了加快充电时间,请使用最高电流限制。
ISWLIM可以在充电期间进行调整。图5显示了充电期间正在调整的ISWLIM波形。ISWLIM从1.4 A降低到1.2 A,在较低的电流水平下,充电速度稍慢。
应用程序信息
变压器设计
匝数比。最小变压器匝数比N(二次:一次)应根据以下公式选择:
其中:VOUT(V)是所需的输出电压电平,VD_Drop(V)是输出二极管的正向电压降,VBATT(V)是变压器电池电源,以及40(V)是内部MOSFET开关的额定电压,表示最大允许反射电压输出到开关管脚。
例如,如果VBATT为3.5 V,VD_压降为1.7 V(这可能是两个高压二极管串联时的情况),并且期望的VOUT为320 V,则匝数比应至少为8.9。
在最坏的情况下,当VBATT最高且VDYLUP和VOUT处于其最大容差极限时,N将更高。服用VBATT=5.5v,VD_Drop=2v,VOUT=320v×102%=326.4v为最坏情况,N为9.5。
在实践中,一定要选择一个高于计算值的匝数比,以给出一定的安全裕度。在最坏的情况下,建议最小匝数比为N=10。
初级电感. A8436的最小关闭时间tOFF(min)为300 ns,以确保正确的SW节点电压感应。在选择初级电感LPrimary(μH)时,使用以下公式作为宽松的指导:
理想情况下,充电时间不受变压器初级电感的影响。但在实际应用中,建议一次电感选择在10μH~20μH之间,当一次电感远小于10μH时,变换器的工作频率较高,开关损耗成比例增加。这导致效率降低,充电时间延长。当LPrimary大于20μH时,变压器的额定功率必须大幅度提高,以处理所需的功率密度,串联电阻通常较高。一个优化设计,以实现一个小规模的解决方案将有一个12至14μH的一次,最小的漏感和二次电容,并尽量减少一次和二次串联电阻。有关详细信息,请参阅表“推荐组件”。
漏感和二次电容。变压器的设计应尽量减少漏感,以确保开关节点的关断电压峰值不超过40V的限制。然而,对于这种应用,可实现的最小漏感通常会受到寄生电容增加的影响。此外,变压器二次电容应尽量减小。任何二次电容在反射到一次电容时都会乘以N2,从而在开关打开时导致高初始电流摆动,并降低效率。
调整输出电压
A8436在关闭期间感应输出电压。这使得分压器网络R1到R3(见图6)连接在高压输出二极管D1的阳极上,从而在充电完成时消除由于反馈网络引起的功率损失。通过选择合适的分压电阻值,可以调整输出电压。使用以下公式计算Rx(Ω)的值:
R1和R2一起需要有至少300 V的击穿电压。典型的1206表面贴装电阻器有150 V的击穿电压额定值。建议R1和R2具有类似的值,以确保它们之间的电压应力均匀。推荐值为:R1=R2=150kΩ(1206);R3=1.2kΩ(0603),两者共同产生303v的停止电压。
对R1、R2和R3使用更高的电阻值并不能显著提高效率,因为反馈网络的功率损耗主要发生在关机时间,而且关机时间只是每个充电周期的一小部分。
输出二极管选择
选择整流二极管D1,寄生电容小(反向恢复时间短),同时满足反向电压和正向电流要求。
二极管的峰值反向电压VD_peak发生在内部MOSFET开关闭合,一次侧电流开始上升。可计算为:
整流二极管的峰值电流ID_peak计算如下:
输入电容器选择
建议输入电容器C2使用X5R或X7R介质的陶瓷电容器。它的额定值应至少为4.7μF/6.3v,以断开变压器一次侧的电池输入VBATT。当使用单独的偏压时,对于A8436车辆识别号电源,将至少0.1μF/6.3 V旁路电容器连接到车辆识别号引脚。
布局指南
闪光灯电容充电机电路良好布局的关键是尽量减少电源开关回路(变压器一次侧)和整流器回路(二次侧)上的寄生。使用短而厚的线路连接到变压器一次和开关管脚。
输出电压传感电路元件必须远离开关节点,如SW pin。确保R1和R2下方没有接地平面,因为对地寄生电容会影响传感精度。重要的是,“D”“O”“N”“E”信号跟踪应远离变压器和其他开关跟踪,以最小化噪声拾取。此外,必须严格遵守高压隔离规则,避免电路板击穿故障。