FSL126MR：高性能离线开关电源的理想之选

在电子设备的电源设计领域，高性能、高可靠性且成本效益高的开关电源（SMPS）一直是工程师们追求的目标。今天，我们就来深入了解一款专门为此设计的芯片——FSL126MR。

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一、FSL126MR概述

FSL126MR是一款集成了脉冲宽度调制器（PWM）和SENSEFET®的芯片，专门为高性能离线开关电源设计，其最大的亮点在于只需极少的外部组件就能实现高效的电源转换。它将雪崩耐用的SENSEFET与电流模式PWM控制块相结合，形成了一个紧凑而强大的电源解决方案。

二、核心特性

2.1 高性能SENSEFET

内部集成的雪崩耐用SENSEFET耐压高达650V，能够承受较高的电压冲击，为电源的稳定运行提供了坚实的保障。在265V AC、空载且采用突发模式的情况下，待机功耗低于50mW，这在如今对节能要求越来越高的市场环境下显得尤为重要。

2.2 频率特性

具备精确的固定工作频率，同时采用频率调制技术来衰减电磁干扰（EMI）。频率调制就像是给电源的电磁干扰穿上了一层“隐身衣”，将能量分散到更宽的频率范围，从而降低了在特定频率上的干扰强度。这使得电源在满足全球EMI要求时，无需使用昂贵的AC输入线路滤波器，仅通过成本较低的电感器就能达到良好的效果。

2.3 多种保护功能

• 过压保护（OVP）：当输出电压超过预设值时，OVP电路会迅速响应，终止开关操作，保护电路中的元件免受过高电压的损坏。
• 过载保护（OLP）：当负载电流超过预设水平时，OLP电路会在经过一定时间的判断后启动，确保电源在异常情况下不会因过载而损坏。
• 输出短路保护（OSP）：一旦检测到输出短路，OSP会快速响应，通过检测反馈电压和SENSEFET的导通时间来判断异常情况，并及时关闭PWM开关，直到VCC再次达到启动电压。
• 异常过流保护（AOCP）：在二次整流二极管或变压器引脚短路等异常情况下，AOCP能快速检测到过高的电流变化率，及时关闭开关电源，保护SENSEFET免受严重的电流应力。
• 内部热关断功能（TSD）：当芯片温度超过约137°C时，TSD功能会自动启动，关闭电源开关，防止芯片因过热而损坏。

2.4 其他特性

• 内置软启动：典型软启动时间为15ms，能够缓慢增加反馈电压和SENSEFET电流，避免启动时的电流冲击，防止变压器饱和，降低二次二极管的应力。
• 逐脉冲电流限制：确保在每个脉冲周期内，电流都不会超过设定的峰值，提高了电源的稳定性。
• 自动重启模式：当故障消除后，电源能够自动重启，恢复正常工作。
• 欠压锁定（UVLO）：防止电源在电压过低时工作，保护电路元件。
• 低工作电流：仅1.8mA，降低了电源自身的功耗。
• 可调峰值电流限制：通过外部电阻可以灵活调整SENSEFET的峰值电流限制，满足不同的应用需求。

三、应用领域

FSL126MR适用于多种电子设备的开关电源设计，如VCR、STB、DVD和DVCD播放器等消费电子产品，以及家电适配器等。其广泛的应用范围得益于它的高性能、高可靠性和成本效益。

四、电气特性

4.1 SENSEFET部分

• 漏源击穿电压（BVDSS）：在VCC = 0V、ID = 250μA的条件下，漏源击穿电压高达650V，保证了SENSEFET在高电压环境下的稳定性。
• 零栅极电压漏极电流（loss）：在VDS = 650V、VGS = 0V时，漏极电流最大值为250uA，表明SENSEFET在关断状态下的漏电非常小。
• 漏源导通电阻（RDS(ON)）：在VGS = 10V、VGS = 0V、TC = 25°C的条件下，典型值为4.9Ω，最大值为6.2Ω，较低的导通电阻可以减少功率损耗。
• 输入电容（Ciss）、输出电容（Coss）和反向传输电容（CRSS）：这些电容值会影响SENSEFET的开关速度和效率，在设计电路时需要综合考虑。
• 开关延迟时间：包括导通延迟时间（td(ON)）、上升时间（tr）、关断延迟时间（td(OFF)）和下降时间（tf），这些参数决定了SENSEFET的开关性能。

4.2 控制部分

• 开关频率（fosc）：典型值为67KHz，变化范围在61 - 73KHz之间，频率的稳定性对于电源的性能至关重要。
• 开关频率变化（Afosc）：在特定条件下，频率变化范围为±5% - ±10%，这与电源的稳定性和EMI特性密切相关。
• 频率调制（fFM）：频率调制范围为±3KHz，有助于降低EMI。
• 最大占空比（DMAX）：在VFB = 4V时，最大占空比典型值为77%，最大值为83%，占空比的大小决定了电源的输出功率。
• 最小占空比（DMIN）：在VFB = 0V时，最小占空比为0%。
• 欠压锁定阈值电压（VSTART）：典型值为12V，当VCC达到该值时，电源开始正常工作；停止电压（VSTOP）典型值为8V，当VCC低于该值时，电源停止工作。
• 反馈源电流（IFB）：在VFB = 0V时，典型值为400uA。
• 内部软启动时间（ts/s）：典型值为15ms，有助于平稳启动电源。

4.3 突发模式部分

• 突发模式电压（VBURH和VBURL）：分别表示进入和退出突发模式的电压阈值，通过这两个阈值的设置，电源可以在轻负载时进入突发模式，降低功耗。
• 突发模式滞后电压（VBUR(HYS)）：典型值为150mV，确保了突发模式的稳定切换。

4.4 保护部分

• 峰值电流限制（LIM）：在TJ = 25°C、di/dt = 300mA/μs的条件下，典型值为1.5A，最大值为1.68A，限制了SENSEFET的最大电流。
• 电流限制延迟时间（tCLD）：典型值为200ns，确保在电流超过限制时能够快速响应。
• 关断反馈电压（VSD）：在VCC = 15V时，典型值为6.0V，当反馈电压达到该值时，电源会关断。
• 关断延迟电流（DELAY）：在VFB = 5V时，典型值为5.0μA，用于控制关断的延迟时间。
• 过压保护阈值（VovP）：在VFB = 2V时，典型值为24.0V，当VCC超过该值时，过压保护电路启动。
• 输出短路保护（tosp、VOSP和tOSP_FB）：通过检测反馈电压和SENSEFET的导通时间来判断输出短路情况，确保在短路时能够及时保护电源。
• 异常过流保护电压（VAOCP）：在TJ = 25°C时，典型值为1.00V，用于检测异常过流情况。
• 热关断温度（TSD）：典型值为137°C，当芯片温度超过该值时，热关断功能启动。
• 热关断滞后（HYSTSD）：典型值为60°C，确保热关断功能的稳定切换。

五、功能描述

5.1 启动过程

在启动时，内部高压电流源为内部偏置供电，并为连接在VCC引脚的外部电容（CA）充电。当VCC达到12V的启动电压时，电源开关开始切换，内部高压电流源关闭。此后，只要VCC不低于8V的停止电压，电源开关将继续正常工作，电源由辅助变压器绕组提供。

5.2 振荡器模块

振荡器频率在内部设定，并且电源开关具有随机频率波动功能。这种频率波动可以将开关电源的能量分散到更宽的频率范围，从而降低EMI。频率变化范围在内部固定，但具体的选择由外部反馈电压和内部自由运行振荡器的组合随机决定。

5.3 反馈控制

FSL126MR采用电流模式控制，通常使用光耦合器（如FOD817A）和并联稳压器（如KA431）来实现反馈网络。通过比较反馈电压和RSENSE电阻上的电压，可以控制开关占空比。当输入电压增加或输出负载减小时，反馈电压下降，占空比减小。

5.4 前沿消隐（LEB）

在内部SENSEFET导通的瞬间，初级侧电容和次级侧整流二极管的反向恢复会导致通过SENSEFET的高电流尖峰。为了避免这种尖峰对电流模式PWM控制产生错误反馈，电源开关采用了前沿消隐电路，在SENSEFET导通后的短时间内抑制PWM比较器。

5.5 保护电路

FSL126MR的保护电路是其一大亮点，包括过载保护、过压保护、输出短路保护、欠压锁定、异常过流保护和热关断等功能。这些保护电路在IC内部完全集成，无需外部组件，提高了可靠性且不增加成本。一旦发生故障，开关停止工作，SENSEFET保持关断，VCC下降。当VCC达到UVLO停止电压时，保护复位，内部高压电流源通过VSTR引脚为VCC电容充电，当VCC达到UVLO启动电压时，电源开关恢复正常工作。

5.6 软启动

内部软启动电路在启动后缓慢增加反馈电压和SENSEFET电流，典型软启动时间为15ms。这有助于防止变压器饱和，降低二次二极管的应力，使电源能够平稳启动。

5.7 突发模式操作

为了在待机模式下最小化功耗，FSL126MR进入突发模式。当负载减小时，反馈电压下降，当反馈电压低于VBURH时，设备自动进入突发模式。在突发模式下，开关继续工作，但电流限制在内部固定，以最小化变压器中的磁通密度。当反馈电压低于VBURL时，开关停止，输出电压开始下降，反馈电压上升。当反馈电压超过VBURH时，开关恢复工作，如此循环，交替启用和禁用SENSEFET的开关，降低了待机模式下的开关损耗。

5.8 峰值电流限制调整

通过在电流限制引脚（IPK）连接外部电阻（Rx），可以调整SENSEFET的峰值电流限制。FSL126MR的典型SENSEFET峰值电流限制为1.5A，通过合理选择Rx的值，可以将峰值电流限制调整到所需的值。

六、机械封装

FSL126MR采用PDIP8封装，尺寸为9.42x6.38，引脚间距为2.54P。这种封装形式便于焊接和安装，适用于各种电路板设计。

七、总结

FSL126MR以其丰富的功能、高性能和高可靠性，成为了高性能离线开关电源设计的理想选择。无论是在消费电子产品还是家电适配器等领域，它都能够提供稳定、高效的电源解决方案。作为电子工程师，在设计开关电源时，不妨考虑一下FSL126MR，相信它会给你的设计带来意想不到的效果。你在使用类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。