Vishay Si9121：ISDN數(shù)字電話的高效電源解決方案

一、產(chǎn)品概述

Vishay的Si9121是一款針對(duì)ISDN數(shù)字電話應(yīng)用的高壓、非隔離型降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器。它已于2014年12月31日停止新購(gòu)，但在相關(guān)舊項(xiàng)目中仍有應(yīng)用價(jià)值。該芯片集成了多種功能，為ISDN電源供應(yīng)提供了單芯片解決方案，簡(jiǎn)化了從 - 48V到 + 5V或 + 3.3V的轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)。

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二、產(chǎn)品特點(diǎn)

（一）輸出與反饋

1. 固定輸出：提供固定的 + 5V或 + 3.3V輸出，能滿足不同ISDN設(shè)備的供電需求。
2. 集成反饋放大器：集成了浮動(dòng)反饋誤差放大器，可直接進(jìn)行輸出電壓調(diào)節(jié)，無(wú)需外部并聯(lián)穩(wěn)壓器。

（二）內(nèi)部元件

1. MOSFET開(kāi)關(guān)：片上集成了70V、1.5Ω的N溝道MOSFET開(kāi)關(guān)，允許轉(zhuǎn)換器直接從高輸入總線電壓供電，無(wú)需外部啟動(dòng)電路。
2. 啟動(dòng)電路：集成了高壓?jiǎn)?dòng)電路和 (V_{CC}) 穩(wěn)壓器，可在 - 10V至 - 60V的輸入電壓范圍內(nèi)工作。

（三）工作模式與保護(hù)

1. PWM工作：采用95kHz的PWM工作模式，能在全負(fù)載條件下高效運(yùn)行。
2. 軟啟動(dòng)與振蕩器：集成了軟啟動(dòng)和振蕩器電路，減少了外部元件數(shù)量。
3. 保護(hù)功能：具備欠壓鎖定、電流模式控制、打嗝模式短路保護(hù)和熱關(guān)斷等功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。

（四）封裝與溫度范圍

1. 封裝形式：采用SOIC - 8窄體封裝，有標(biāo)準(zhǔn)和無(wú)鉛兩種版本。
2. 溫度范圍：工業(yè)溫度范圍為 - 40°C至85°C，能適應(yīng)多種惡劣環(huán)境。

三、電氣特性

（一）絕對(duì)最大額定值

（二）推薦工作范圍

（三）推薦外部組件

推薦的外部組件包括 (L = 68mu H)，(C{OUT } = 220mu F // 0.1mu F)，(CIN = 33mu F)，(C{BYPASS } = 0.1mu F)，(C{V C C} = 1mu F)，(R{SENSE } = 0.25Omega) 0.5W。

（四）具體參數(shù)規(guī)格

這里列出了輸出電壓、線路調(diào)節(jié)、(V{CC}) 偏置電壓、欠壓鎖定、軟啟動(dòng)、振蕩器、誤差放大器、電流限制、MOSFET開(kāi)關(guān)等參數(shù)的詳細(xì)規(guī)格，如 + 5V轉(zhuǎn)換器輸出電壓在10mA < (I{LOAD}) < 250mA時(shí)，范圍為4.80V至5.20V；開(kāi)關(guān)頻率在室溫下為80kHz至110kHz等。

四、工作原理

（一）啟動(dòng)過(guò)程

UVLO電路會(huì)防止內(nèi)部電路在 (V{CC}) 低于負(fù)電源電壓（VNEG引腳）7.6V（典型值）時(shí)開(kāi)啟。當(dāng) ((V{C C}-V_{N E G})) 超過(guò)UVLO閾值時(shí)，內(nèi)部參考、振蕩器和軟啟動(dòng)電路將被啟用。

（二）軟啟動(dòng)

片上軟啟動(dòng)電路利用誤差放大器外部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)來(lái)逐漸增加輸出NMOS晶體管的電流限制，使輸出電壓逐漸上升，避免過(guò)大的過(guò)沖。推薦頻率補(bǔ)償組件下，軟啟動(dòng)時(shí)間約為10ms。

（三）振蕩器

振蕩器無(wú)需外部組件，標(biāo)稱頻率為95kHz。該頻率使轉(zhuǎn)換器在全負(fù)載條件下以PWM模式運(yùn)行，且能在不使用大型輸出電感和電容的情況下實(shí)現(xiàn)最佳效率。

（四）PWM模式與電流限制

Si9121是電流模式轉(zhuǎn)換器，采用逐脈沖峰值電流限制。當(dāng)CS引腳的峰值電流感應(yīng)電壓大于0.67V時(shí)，開(kāi)關(guān)在時(shí)鐘周期的剩余時(shí)間內(nèi)關(guān)閉。

（五）旁路

旁路電壓相對(duì)于 (V{NEG}) 引腳設(shè)置為特定正參考電壓，用于為片上振蕩器和軟啟動(dòng)電路設(shè)置準(zhǔn)確的電壓和偏置電流。建議在旁路和 (V{NEG}) 之間連接0.1μF陶瓷去耦電容。

（六）誤差放大器

誤差放大器持續(xù)監(jiān)測(cè)輸出電壓，并將其與參考電壓進(jìn)行比較。差值信號(hào)被電平轉(zhuǎn)換到低端電路，以控制功率開(kāi)關(guān)的占空比，從而調(diào)節(jié)輸出電壓。通過(guò)在COMP引腳和 (V_{NEG}) 引腳之間連接外部網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償。

（七）(V_{CC}) 穩(wěn)壓器

(V{CC}) 是內(nèi)部生成的偏置電源電壓，需用0.1μF電容連接到負(fù)電源電壓 (V{NEG}) 進(jìn)行外部旁路。(V{CC}) 也可由9.5V至12V的外部電源提供，當(dāng) (V{CC}) 高于 (V{NEG}) 9.5V時(shí)，內(nèi)部 (V{CC}) 穩(wěn)壓器將被禁用。

（八）熱關(guān)斷

當(dāng)結(jié)溫超過(guò)170°C時(shí)，熱關(guān)斷功能將關(guān)閉器件。當(dāng)芯片溫度冷卻至145°C以下時(shí)，穩(wěn)壓器重新啟用。若因封裝功耗過(guò)高導(dǎo)致芯片溫度過(guò)高，穩(wěn)壓器的熱電路將使穩(wěn)壓器不斷開(kāi)啟和關(guān)閉，即熱循環(huán)。

（九）打嗝模式短路保護(hù)

當(dāng)輸出短路時(shí)，器件立即進(jìn)入逐周期電流限制模式。若熱關(guān)斷未激活，通過(guò)監(jiān)測(cè)COMP引腳，Si9121自動(dòng)決定是否啟動(dòng)內(nèi)部打嗝定時(shí)器。當(dāng)VCOMP超過(guò)約3.5V時(shí)，定時(shí)器啟動(dòng)，COMP引腳的外部網(wǎng)絡(luò)被內(nèi)部2A電流吸收器放電，直到VCOMP降至約1.5V。之后電路恢復(fù)正常軟啟動(dòng)模式，若短路仍存在，將重復(fù)上述過(guò)程，直到短路消除。

（十）MOSFET開(kāi)關(guān)

集成的低側(cè)N溝道MOSFET開(kāi)關(guān)提供了最佳性能，并減小了轉(zhuǎn)換器的整體尺寸。MOSFET的典型 (r_{DS(on)}) 為1.5Ω，可使轉(zhuǎn)換器輸出高達(dá)2W的功率。

五、封裝信息

Si9121采用SOIC（窄體）8引腳封裝，JEDEC零件編號(hào)為MS - 012。其詳細(xì)的尺寸規(guī)格以毫米和英寸為單位給出，包括A、A1、B、C、D、E、e、H、h、L、q、S等參數(shù)的最小和最大值。

六、總結(jié)

Vishay Si9121以其集成度高、功能豐富、性能可靠等特點(diǎn)，為ISDN數(shù)字電話的電源設(shè)計(jì)提供了優(yōu)秀的解決方案。盡管已進(jìn)入產(chǎn)品生命周期末期，但在舊項(xiàng)目維護(hù)和特定應(yīng)用場(chǎng)景中仍有其價(jià)值。電子工程師在使用時(shí)，需根據(jù)具體需求合理選擇外部組件，并注意各項(xiàng)參數(shù)的工作范圍和保護(hù)功能的應(yīng)用。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中是否遇到過(guò)類似芯片應(yīng)用的問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)交流分享。