在电子设备不断追求高性能与低功耗的当下,电源管理芯片扮演着至关重要的角色。WS7205作为一款高集成度、低成本的PWM功率开关控制芯片,凭借其卓越的性能与丰富的功能,在非隔离型降压及升降压系统中脱颖而出,广泛应用于智能照明辅助电源、线性电源替代等领域,为电源管理领域带来了全新的解决方案。
WS7205将500V高压MOS控制器与高压功率MOS集成于一体,大幅降低了成本并节省了PCB空间。其采用电流模式PWM控制方式,通过反馈采样输出电压,实现了高精度的输出,即使在最少元器件的情况下也能保持出色的性能。
(一)超低工作电流
WS7205的静态工作电流低至160μA,这一特性不仅提高了效率,还降低了对VDD电容容值的要求。在正常情况下,仅需0.2~1μF的陶瓷电容即可满足要求,极大地简化了电路设计。
(二)软启动功能
该芯片内置了约4ms的软启动功能。在上电过程中,内置的OCP阈值缓慢上升,直至达到稳定值,从而实现了电感电流峰值在上电过程中的缓慢上升。这一设计有效避免了上电瞬间的电流冲击,保护了电路元件。
(三)振荡器及频率抖动功能
为了提高系统的EMI性能,WS7205的开关工作频率会在一个中心频率附近来回变化,变化幅度为±5%,中心频率为31kHz。实际的系统开关频率则由负载条件及系统输出电压与VDD电压的比较而决定,此开关频率会处于跳周期状态,进一步优化了系统的电磁兼容性。
(四)输出电压采样控制
WS7205能够逐周期检测系统输出电压,并与VDD电压进行比较,以精确调制系统输出电压。如果输出电压大于VDD电压,则本周期的开关信号被屏蔽,高压功率管不开启;反之,如果输出电压小于VDD电压,则本周期PWM信号正常开启功率管,确保输出电压的稳定性。
(五)峰值电流限制
通过外部CS电阻可调OCP,WS7205的设计十分灵活。内部电路会将采样电阻的电压VCS与参考电压VOCP比较,当VCS大于VOCP电压时,比较器输出关断信号,本周期功率管处于关断状态,从而有效保护电路免受过流损害。
(六)前沿消隐时间
WS7205内置了比较器前沿消隐时间,在功率管开启的前600ns之内,逐周期峰值电流比较器输出被屏蔽,功率管不能被关断。这一功能有效避免了功率管在开启瞬间因电流尖峰而误触发保护机制。
(七)线电压补偿功能
内置的线电压补偿功能使WS7205能够在不同的输入线电压下,保持系统输出的电流过载点的一致性。这一特性对于应对输入电压波动具有重要意义,确保了电源在各种工况下的稳定输出。
(八)过载保护及输出短路保护
WS7205能够检测到系统处于过载或者输出短路状态。若此错误状态持续128ms,则会触发内置的保护机制,芯片进入自动重启保护模式。这一功能有效保护了电源系统免受过载和短路的损害,提高了系统的可靠性。
(九)过温保护功能
当IC的温度达到过温保护阈值150℃时,IC将被关断并进入保护模式。这一功能确保了芯片在高温环境下能够安全工作,延长了芯片的使用寿命。
(十)自动重启保护功能
当WS7205检测到OTP(过温保护)或者OLP(过载保护)发生时,IC进入自动重启及VDD电压振荡模式,高压功率MOS处于关断状态。VDD引脚的外接电容上的电压会周期性地在UVLO_OFF与UVLO_ON之间上升和下降,同时内置的计数器会记录VDD电压变化的周期数。当此振荡的周期数达到256次时,IC将被重置并再次重启。重启后,WS7205继续检测是否有错误发生,若有错误则继续执行上述过程,若无则回到正常工作状态。
(十一)高压MOS软驱动功能
WS7205内置了高压MOS软驱动电路,优化了EMI性能,降低了开关噪声,进一步提升了系统的电磁兼容性。
WS7205的电路内部结构框图如下:
从框图中可以看出,WS7205集成了高压MOSFET、PWM控制器、电流采样与保护电路、振荡器与频率抖动电路、软启动电路、过温保护电路以及自动重启电路等多个功能模块。这些模块协同工作,确保了芯片在各种工况下的高效、稳定运行。
WS7205提供了TO92及SOT23-3两种封装形式,其引脚定义如下表所示:
器件标识方面,WS7205NP为产品代码,其中:
A:产品编码
X:内部代码
BCY:内部品质管控代码
YMX:D/C
7205:产品代码
X:产品编码
YM:生产日期
XX:内部品质管控代码
WS7205在智能照明辅助电源、线性电源或RCC方案替代等领域具有广泛的应用。以下是一个典型的智能照明辅助电源应用电路图:
在该应用中,WS7205通过其集成的高压MOSFET和PWM控制器,实现了对输入电压的高效转换和精确控制。其内置的软启动功能、频率抖动功能以及多种保护机制,确保了电源在启动、运行和异常状态下的稳定性和可靠性。此外,WS7205的低工作电流特性使其在待机模式下也能保持极低的功耗,满足了现代智能照明系统对节能和高效的要求。
总结
WS7205凭借其高集成度、低功耗、高精度以及丰富的保护功能,在非隔离型降压及升降压系统中展现了卓越的性能。其广泛应用于智能照明辅助电源、线性电源替代等领域,为电源管理领域带来了全新的解决方案。对于追求高效能、高可靠性和低成本的电源设计工程师而言,WS7205无疑是一个理想的选择。