掌握AC-DC交流線性穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，打造出高質(zhì)量電源系統(tǒng)

WD5201是一款緊湊型無(wú)電感設(shè)計(jì)的離線式線性穩(wěn)壓器，通過(guò)VSET管腳阻值調(diào)整，可輕松獲得5V/3.3V/2.7V三種輸出電壓。它為偏置供電提供了簡(jiǎn)單而可靠的解決方案。

該芯片內(nèi)部集成了多種功能模塊，包括650V功率MOSFET、啟動(dòng)控制電路、VDD電壓控制電路、AC信號(hào)同步檢測(cè)電路和低壓差穩(wěn)壓器等，確保高效、穩(wěn)定的電源輸出。

為了優(yōu)化系統(tǒng)效率并降低待機(jī)損耗，WD5201通過(guò)智能控制交流能量輸入進(jìn)行精密調(diào)節(jié)。此外，該芯片還具備完備的帶自恢復(fù)功能的保護(hù)功能，包括VDD欠壓保護(hù)、VDD過(guò)壓保護(hù)、輸出過(guò)載保護(hù)、輸出欠壓保護(hù)、雷擊浪涌保護(hù)和內(nèi)置過(guò)溫保護(hù)等，確保安全可靠地運(yùn)行。

總的來(lái)說(shuō)，WD5201極大地簡(jiǎn)化了電源設(shè)計(jì)工作。其廣泛適用于多種場(chǎng)合，如家用電器、電視機(jī)、音響設(shè)備、空調(diào)、LED照明等領(lǐng)域。它的緊湊型無(wú)電感設(shè)計(jì)和全面的保護(hù)功能使其成為一款智能、高效且可靠的電源解決方案，為客戶提供了更好的用戶體驗(yàn)。

典型應(yīng)用電路圖

WD5201應(yīng)用電路圖

WD5201擁有高精度的輸出電壓，只有2%的誤差，并且可選擇5V、3.3V或2.7V的輸出電壓。其兼容性高，在輸入電壓范圍廣泛，80~305VAC均無(wú)需功率電感。

此外，WD5201不需要輸入高壓電容用于過(guò)濾，減少了器件種類(lèi)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供更方便的選擇，并降低了成本。

它具備短路保護(hù)和輸出欠壓保護(hù)等全面的保護(hù)功能，也有內(nèi)置過(guò)熱保護(hù)以確保安全運(yùn)行。此外，WD5201優(yōu)化了控制方式，大大提高了效率并實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

采用SOP-8封裝。

內(nèi)部功能框圖

WD5201內(nèi)部框圖

WD5201在啟動(dòng)階段，會(huì)通過(guò)VIN管腳對(duì)VDD電容進(jìn)行充電，內(nèi)部高壓電流源（10mA）提供電能。當(dāng)VDD電壓升至VDD_ON后，充電電流停止，IC開(kāi)始正常工作，內(nèi)部功率MOSFET取代高壓電流源，對(duì)后級(jí)設(shè)備提供更穩(wěn)定的電力支持。

為了確保其安全運(yùn)行，WD5201內(nèi)部集成了AC同步檢測(cè)電路。它可以檢測(cè)芯片VIN端對(duì)地內(nèi)置的分壓電阻，以控制內(nèi)部功率MOSFET的充電。由于VIN端對(duì)地存在寄生電容，可能導(dǎo)致VIN電壓過(guò)高、無(wú)法進(jìn)入充電窗口。針對(duì)該問(wèn)題，WD5201內(nèi)部設(shè)計(jì)了主動(dòng)泄放電路，以確保足夠的輸入能量可以在充電窗口期間對(duì)VDD進(jìn)行快速充電，并使后續(xù)保護(hù)邏輯能夠順利展開(kāi)和重啟運(yùn)作。

另外，WD5201的輸出電壓可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。只需通過(guò)VSET管腳調(diào)整即可獲得2.7V、3.3V或5V三檔輸出電壓。當(dāng)VSET管腳懸空時(shí)輸出3.3V，接地時(shí)輸出2.7V，而連接100歐姆電阻到地時(shí)則將輸出5V，進(jìn)行更為靈活的應(yīng)用。

保護(hù)機(jī)制

WD5201的輸出電流限制電路可以檢測(cè)LDO輸出電流并直接控制其通斷。為了避免短路或過(guò)載時(shí)LDO輸出電流過(guò)大導(dǎo)致芯片損壞，典型的輸出電流限制值設(shè)置為138mA。短路或過(guò)載發(fā)生時(shí)，該電路會(huì)限制最大輸出電流，同時(shí)隨著輸出電壓的降低觸發(fā)輸出欠壓保護(hù)。

當(dāng)輸出功率超過(guò)了WD5201所能提供的最大功率時(shí)，輸出電壓會(huì)隨之降低。如果輸出電壓降低值已經(jīng)達(dá)到其額定電壓的12.5%，則會(huì)觸發(fā)輸出欠壓保護(hù)，LDO關(guān)閉并等待2個(gè)AC周期后重啟。

另外，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載加重輸出電壓下降時(shí)，WD5201會(huì)觸發(fā)輸出欠壓保護(hù)。如果連續(xù)觸發(fā)欠壓保護(hù)超過(guò)50ms，則系統(tǒng)將觸發(fā)過(guò)載保護(hù)，關(guān)閉內(nèi)部功率MOSFET和LDO輸出，并計(jì)時(shí)640ms進(jìn)行自恢復(fù)延遲時(shí)間后進(jìn)入自愈重啟過(guò)程。與此同時(shí)，VDD電壓被內(nèi)部高壓電流源上拉至VDD_OVP。

在開(kāi)機(jī)以后，WD5201將開(kāi)啟VDD過(guò)壓保護(hù)功能。在AC充電窗口期間，VDD電壓有兩種行為模式。一種是在當(dāng)前充電窗口期間VDD電壓上升至OVP觸發(fā)電壓（典型值為7.8V），則WD5201會(huì)關(guān)閉內(nèi)部功率MOSFET并限制VDD的最高電壓。另一種情況是在當(dāng)前充電窗口期間VDD無(wú)法上升至OVP觸發(fā)點(diǎn)，則內(nèi)部功率MOSFET被AC同步檢測(cè)信號(hào)關(guān)閉，并等待下一個(gè)充電窗口繼續(xù)充電。通過(guò)這種方式，AC交流輸入能量?jī)H在主線低壓部分進(jìn)行傳遞，從而降低了內(nèi)部功率MOSFET的損耗。當(dāng)內(nèi)部功率MOSFET打開(kāi)時(shí)，輸入電流對(duì)VDD電容和負(fù)載提供能量；而當(dāng)MOSFET關(guān)閉時(shí)，則由VDD電容放電對(duì)負(fù)載提供能量。

審核編輯：湯梓紅