FSFA2100 [ONSEMI]
集成电源开关 (FPS™)，用于 450W 半桥不对称转换器;
| 型号： | FSFA2100 |
| 厂家： | 
ONSEMI |
| 描述： | 集成电源开关 (FPS™)，用于 450W 半桥不对称转换器 开关 电源开关 转换器 |
| 文件： | 总17页 (文件大小：768K) |
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2013 年2 月
FSFA2100 — 适用于半桥 PWM 转换器
的飞兆功率开关 (FPS™)
特性
说明
高功率密度和薄型功率转换器设计日益增长的需求要求设
计师必须增加开关频率。在更高频率的运行有效低减小了
无源组件的尺寸，例如转换器和滤波器。然而，开关损耗
一直是高频运行的障碍。为了降低开关损耗并允许高频运
行，带软开关技术的脉冲宽度调制 (PWM) 被开发出来
了。此类技术允许开关器件进行软通信，有效降低了开关
损耗和噪声。
.
.
针对互补驱动半桥软开关转换器进行了优化
可用于各种拓扑中：非对称 PWM 半桥转换器、非对
称 PWM 反激转换器、非对称 PWM 正激转换器、有
源箝位反激式转换器
.
.
通过零-电压-开关 (ZVS) 实现高效率
具有快速恢复 类型体二极管 (trr=120 ns) 的内部
SuperFET™
FSFA2100 是一款集成式 PWM 控制器和 SuperFETTM
，
.
.
.
.
.
.
为 MOSFET 优化的固定死区时间 (200 ns)
最高达 300 kHz 工作频率
专门设计用于零电压开关 (ZVS) 半桥转换器，最大限度地
减少了外部组件。内部控制器包括一个振荡器、欠压锁
定、前沿消隐 (LEB)、优化的高侧和低侧栅极驱动器、内
部软启动、用于环路补偿的温度补偿式精密电流源，以及
自我保护电路。与分立式 MOSFET 和 PWM 控制器解决
方案相比，FSFA2100 能够降低总成本、组件数量、尺寸
和重量，同时提高效率、生产率和系统可靠性。
内部软启动
逐脉冲限流
先进的间歇模式运行可实现低待机功耗
保护功能过压保护 (OVP)、过载保护 (OLP)、异常过
流保护 (AOCP)、内部热关断 (TSD)
应用
.
.
.
.
PDP 和 LCD 电视
台式计算机和服务器
适配器
电信电源
订购信息
不带散热片的
带散热片的
最大输出功率
器件编号
工作结温
RDS(ON_MAX)
封装
最大输出功率
(VIN=350~400 V)(1,2)
(VIN=350~400 V)(1,2)
FSFA2100
-40 至 +130°C
200 W
450 W
9-SIP
0.38
注意：
1. 结温可限制最大输出功率。
2. 50C 环境温度时开架式设计中的最大实际持续功率。
有关飞兆的“绿色”生态状况定义，请访问：http://www.fairchildsemi.com/company/green/rohs_green.html.
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应用电路图
D1
CB
Llk
Np
VO
Ns
Ns
LVcc
VDL
VCC
Lm
HVcc
RT
Control
IC
D2
VFB
CDL
RF
CF
VCTR
VIN
KA431
CS
SG
PG
Rsense
图 1.
不对称半桥 PWM 转换器的典型应用电路
CB
D1
Llk
Np
VDL
LVcc
VCC
VO
Ns
Lm
HVcc
RT
Control
IC
VFB
CS
CDL
VCTR
VIN
RF
CF
KA431
SG
PG
Rsense
图 2. 非对称 PWM 反激式转换器的典型应用电路
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2
框图
图 3.
内部框图
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3
引脚布局
1
2
3 4
5
6
7
8
9
10
VCTR
VDL
RT SG LVcc
CS PG
VFB
HVcc
图 4.
封装图
引脚定义
引脚号
名称
说明
1
VDL
这是高侧 MOSFET 的漏极，通常连接至高压直流输入。
此引脚从内部连接至 PWM 比较器的反相输入端，从外部连接至光电耦合器。占空比由此引脚
上的电压确定。
2
VFB
3
4
RT
CS
此引脚使用电阻对开关频率编程。
此引脚检测流经低侧 MOSFET 的电流。典型地，负电压被施加到该引脚。
该引脚为 控制地。
5
SG
6
PG
该引脚为电源地。该引脚连接到低侧 MOSFET 的源极。
该引脚为控制 IC 的供电电压。
7
LVCC
NC
8
无连接。
9
HVCC
VCTR
这是高侧栅极驱动电路 IC 的电源电压。
这是低侧 MOSFET 的漏极。典型地，变压器连接到该引脚。
10
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4
绝对最大额定值
应力超过绝对最大额定值，可能会损坏器件。在超出推荐的工作条件的情况下，该器件可能无法正常工作，所以不建议
让器件在这些条件下长期工作。此外，过度暴露在高于推荐的工作条件下，会影响器件的可靠性。绝对最大额定值仅是
应力规格值。TA=25C，除非另有说明。
符号
VDS
参数
最大漏极至源极电压（VDL-VCTR 和 VCTR-PG
低侧电源电压
最小值
600
最大值
单位
V
）
LVCC
-0.3
25.0
25.0
625.0
LVCC
1.0
V
HVCC 至 VCTR 高侧 VCC 引脚至低侧漏极电压
-0.3
V
HVCC
VFB
高侧浮动电源电压
反馈引脚输入电压
电流感测（CS）引脚输入电压
RT 引脚输入电压
-0.3
V
-0.3
V
VCS
-5.0
V
VRT
-0.3
5.0
V
dVCTR/dt
PD
允许的低侧 MOSFET 漏极电压压摆率
总功耗(3)
50
V/ns
W
12.0
+150
+130
+150
最大结温(4)
TJ
C
C
建议的工作结温(4)
-40
-55
TSTG
MOSFET 部分
VDGR
存储温度范围
漏极栅极电压 (RGS=1M)
栅极源极 (GND) 电压
脉冲漏电流
600
V
V
A
VGS
±30
33
11
7
IDM
TC=25C
ID
连续漏极电流
A
TC=100C
封装部分
扭矩
建议螺栓扭矩
5~7
kgf·cm
注意：
3. 每个 MOSFET（两个 MOSFET 都导通）。
4. 所推荐的工作节温最大值受限于热保护功能。
热阻测试
TA=25C，除非另有说明。
符号
参数
数值
10.44
80
单位
ºC/W
ºC/W
θJC
θJA
结壳中心热阻（两个 MOSFET 导通）
结至环境热阻
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5
电气特性
除非另有规定，否则 TA=25°C 和 LVCC=17 V。
符号
参数
测试条件
最小值 典型值 最大值 单位
MOSFET 部分
ID=200 μA, TA=25°C
ID=200 μA, TA=125°C
VGS=10 V, ID=5.5 A
600
BVDSS
漏极至源极击穿电压
导通电阻
V
650
RDS(ON)
trr
0.32
120
0.38
VGS=0 V, IDiode=11.0 A,
dIDiode/dt=100 A/μs
体二极管反向恢复时间(5)
ns
CISS
COSS
输入电容(5)
输出电容(5)
1148
671
pF
pF
VDS=25 V, VGS=0 V,
f=1.0 MHz
电源部分
ILK
偏置漏电流
HVCC=VCTR=600 V
(HVCCUV+) - 0.1 V
(LVCCUV+) - 0.1 V
50
μA
μA
μA
IQHVCC
IQLVCC
HVCC 静态电源电流
LVCC 静态电源电流
50
120
200
100
f
OSC=100 KHz, VFB > 3 V
6
9
mA
HVCC=17 V
IOHVCC
工作 HVCC 电源电流（RMS 值）
工作 LVCC 电源电流（RMS 值）
无开关，VFB < 1V
HVCC=17 V
100
200
μA
fOSC=100 KHz, VFB > 3 V
7
2
11
4
mA
mA
IOLVCC
无开关，VFB < 1 V
UVLO 部分
LVCCUV+ LVCC 电源欠压正向阈值（LVCC 启动）
LVCCUV- LVCC 电源欠压负向阈值（LVCC 停止）
LVCCUVH LVCC 电源欠压滞回
13.0
10.2
14.5
11.3
3.2
16.0
12.4
V
V
V
V
V
V
HVCCUV+ HVCC 电源欠压正向阈值（HVCC 启动）
HVCCUV- HVCC 电源欠压负向阈值（LVCC 停止）
HVCCUVH HVCC 电源欠压滞回
8.2
7.8
9.2
10.2
9.6
8.7
0.5
振荡器和反馈部分
VRT
fOSC
V-I 转换器阈值电压
输出振荡频率
最大占空比
1.5
94
45
2.0
100
50
2.5
106
55
V
KHz
%
RT=27 K
VFB=4 V
DMAX
DMIN
最小占空比
VFB=0 V
0
%
MAX
VFB
D
MAX 的最大反馈电压
DMAX ≥ 48%
VFB=0 V
2.7
370
1.34
1.16
0.1
3.0
470
1.50
1.30
0.2
3.3
570
1.66
1.44
0.3
20
V
IFB
VBH
VBL
VBHY
tSS
反馈源电流
μA
V
间歇模式高阈值电压
间歇模式低阈值电压
间歇模式滞后电压
内部软启动时间
V
V
fOSC=100 kHz
10
15
ms
接下页
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6
电气特性（续）
除非另有规定，否则 TA=25°C 和 LVCC=17 V。
符号
保护部分
IOLP
参数
测试条件
最小值 典型值 最大值 单位
OLP 延迟电流
OLP 保护电压
LVCC 过压保护
VFB=5 V
3.8
6.3
21
5.0
7.0
23
6.2
7.7
25
μA
V
VOLP
VFB > 6 V
VOVP
LVCC > 21 V
V/t=-1 V/µs
V
VAOCP AOCP 阈值电压
-1.0
-0.9
-0.8
V
VCS < VAOCP
;
tBAO
AOCP 消隐时间(5)
50
ns
V/t=-1 V/µs
V/t=-1 V/µs
V/t=-0.1 V/µs
tDA
延迟时间（低侧）从 VAOCP 检测到关断(5)
250
400
ns
V
VLIM
逐脉冲限流阈值电压
-0.64
-0.58
-0.52
VCS < VLIM
V/t=-0.1 V/µs
;
tBL
逐脉冲限流消隐时间
150
ns
tDL
TSD
ISU
延迟时间（低侧）从 VLIM 检测到关断(5)
热关闭温度(5)
450
130
100
ns
C
μA
V
V/t=-0.1 V/µs
110
5
150
150
保护锁存器保持 LVCC 电源电流
LVCC=7.5 V
VPRSET 保护锁存器复位 LVCC 电源电压
死区时间控制部分
DT
死区时间(6)
200
ns
注意：
5. 此参数尽管得到保证，但未经过生产测试。
6. 这些参数尽管经过保证，也仅在 EDS（硅片测试）过程中测试。
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7
典型性能特征
这些特性图在 TA=25°C 标准化。
1.1
1.05
1
1.1
1.05
1
0.95
0.9
0.95
0.9
-40
-20
0
25
50
75
100
-40
-20
0
25
50
75
100
Temp (℃)
Temp (℃)
图 5.
最大占空比与温度的关系
图 6. 开关频率与温度的关系
1.1
1.05
1
1.1
1.05
1
0.95
0.9
0.95
0.9
-40
-20
0
25
50
75
100
-40
-20
0
25
50
75
100
Temp (℃)
Temp (℃)
图 7.
高侧 VCC (HVCC) 启动与温度的关系
图 8. 高侧 VCC (HVCC) 停止与温度的关系
1.1
1.05
1
1.1
1.05
1
0.95
0.9
0.95
0.9
-40
-20
0
25
50
75
100
-40
-20
0
25
50
75
100
Temp (℃)
Temp (℃)
图 9.
低侧 VCC (LVCC) 启动与温度的关系
图 10. 低侧 VCC (LVCC) 停止与温度的关系
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8
典型性能特征（接上页）
这些测得的特征图在 TA=25ºC 下都被归一化。
1.1
1.05
1
1.1
1.05
1
0.95
0.9
0.95
0.9
-40
-40
-40
-20
0
25
50
75
100
-40
-20
0
25
50
75
100
100
100
Temp (℃)
Temp (℃)
图 11. OLP 延迟电流与温度的关系
图 12. OLP 电压与温度的关系
1.1
1.05
1
1.1
1.05
1
0.95
0.9
0.95
0.9
-20
0
25
50
75
100
-40
-20
0
25
50
75
Temp (℃)
Temp (℃)
图 13. LVCC OVP 电压与温度的关系
图 14. RT 电压与温度的关系
1.1
1.05
1
1.1
1.05
1
0.95
0.9
0.95
0.9
-20
0
25
50
75
100
-40
-20
0
25
50
75
Temp (℃)
Temp (℃)
图 15.
VBH 电压与温度的关系
图 16. VLIM 电压与温度的关系
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9
功能说明
1. 内部振荡器：FSFA2100 采用电流控制的振荡器，如图
17 所示。在内部，RT 引脚的电压调节在 2 V，并且振荡
器电容 CT 的充电/放电电流由从 RT 引脚 (ICTC) 流出的电
流确定。当 RT 引脚使用电阻 RSET 下拉至地时，开关频率
由下式固定：
27k
RSET
fS
100(kHz)
(1)
ICTC
VREF
+
S
R
Q
3V
1V
-
-Q
ICTC
+
2ICTC
CT
F/F
+
-
2V
-
RSET
RT
图 19. 内部 PWM 框图
3
3. 保护电路：FSFA2100 具有过载保护 (OLP)、异常过流
保护 (AOCP)、过压保护 (OVP) 和热关断 (TSD) 自我保护
功能。OLP 和 OVP 为自动重启模式保护；而 AOCP 和
TSD 为闩锁模式保护，如图 20 所示。
图 17. 电流控制的振荡器
2. PWM控制：图 18 显示典型控制电路配置。光电耦合器
电阻应与反馈电容并联连接至 VFB 引脚以控制占空比。
自动重启模式保护：一旦检测到故障情况，开关操作即终
止并且 MOSFET 保持关断。当 LVCC 下降至约 11V 的
LVCC 停止电压，将复位保护。当 LVCC 达到约 14V 的启动
电压时，FPS 恢复正常操作。
闩 锁 模 式 保 护 ： 一 旦 触 发 此 保 护 ， 开 关 即 终 止 并 且
MOSFET 保持关断。闩锁仅在 LVCC 释放至 5V 以下时复
位。
LVcc
7
+
LVcc
good
VREF
Internal Bias
11.3 / 14.5V
-
Shutdown
Latch
protection
Auto-restart
protection
OLP
AOCP
Q
S
R
S
R
Q
OVP
LVcc
-Q
-Q
good
TSD
F/F
VFB
F/F
图 18. PWM 控制配置
LVcc < 5V
图 20. 保护框图
图 19 显示 PWM 操作的内部框图。占空比通过比较反馈
电压与范围从 1 V 至 3 V 的三角波信号来控制。
应感测低侧 MOSFET 电流的逐脉冲限流和 AOCP。
FSFR2100 检测漏电流为负压，如图 21 和图 22 所示。半
波感测允许感测电阻中较低的功耗，而全波感测在感测信
号中具有较少的噪声。
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10
D1（如图 19 所示）受阻，并且 OLP 电流源开始对 CB 缓
慢充电，如图 23 所示。在这种情况下，VFB 继续增大直至
达到 7V，然后开关操作终止，如图23 所示。关断延迟时
间是使用 5µA 对 CB 从 3V 充电至 7V 所需的时间，可由
下式给出：
(7V - 3V)CB
tdelay
(2)
5A
30 ~ 50ms 延迟时间通常是大多数应用的延迟时间。
VO
Overload protection
7V
图 21. 半波检测
VFB
Ids
Vc
3V
tdelay
V CS
t
t1
t2
ILIM
Ids
CB
Control
IC
V CS
Np
Ns
Ns
CS
图 23. 过载保护
PG
SG
Rsense
Ids
3.4 过压保护(OVP)：当 LVCC 达到 23V 时，将触发
OVP。使用变压器的辅助绕组对 FPS 供应 LVCC 时启用此
保护。
图 22. 全波检测
3.5 热关断(TSD)：MOSFET 和控制 IC 内置在一个封装
中。这使控制 IC 可检测 MOSFET 的异常过温。如果温度
超过约 130C，将触发热关断。
3.1 逐脉冲限流：在正常工作时，低侧 MOSFET 的占空
比通过比较内部三角波信号和反馈电压来确定。但是，当
电流感测引脚电压达到 -0.58 V 时，低侧 MOSFET 被强
制关断。此操作限制漏电流低于预定水平以避免损坏
MOSFET。
4. 软启动控制：启动时，占空比开始缓慢增大，为变压
器、电感和电容建立正确的工作条件。输出电容上的电压
逐渐增加，从而顺畅地建立所需的输出电压。软启动时间
在内部实施 15 ms（当工作频率设置为 100 kHz 时。）此
外，为帮助软启动操作，将在 RT 引脚上从外部连接电容
和电阻，如图 24 所示。在打开电源前，电容 CSS 保持完
全放电。上电后，CSS 由经过 RT 引脚的电流逐渐充电，
这可确定工作频率。流经 RT 引脚的电流与所连接电阻的
总阻抗成反比。由于 RSS 以并联方式添加在 RSET 上，启
动时的总阻抗低于正常操作时的阻抗，这意味着工作频率
持续从较高到下降至正常水平。最终 CSS 完全充电至 RT
引脚电压并且工作频率仅由 RSET 确定。
3.2 异常过流保护 (AOCP)：如果次级整流器二极管短
路，具有极高 di/dt 的大电流可在触发 OCP 或 OLP 之前
流经 MOSFET。当感测的电压降至低于 -0.9 V 时，触发
AOCP 且具有极短的关断延迟时间。此保护为闩锁模式，
仅在 LVCC 拉至低于 5 V 时复位。
3.3 过载保护 (OLP)：过载定义为因意外异常事件导致超
过其正常电平的负载电流。在这种情况下，应触发保护电
路以保护电源。但是，即使电源处于正常状况，在负载转
换期间也可能触发 OLP 电路。为了避免出现这种不必要
的工作状况，OLP 电路设计为仅在一定时间后触发，以确
定这是瞬态情况还是真正的过载情况。由于逐脉冲限流功
能，通过 MOSFET 的最大峰值电流受限；因此，最大输
入功率通过给定输入电压来限制。如果输出功耗大于此最
大功率，输出电压 (VO) 将降至低于标称电压。这减小了通
过光电耦合器二极管的电流，这也减小了光电耦合器晶体
管电流，由此提高了反馈电压 (VFB)。如果 VFB 超过 3V，
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11
在 CSS 的充电时间内，工作频率比正常工作期间更高。在
非对称半桥转换器中，开关周期包括供电和换向周期。能
量无法在换向期间传输至输出端。由于 DC 母线电压施加
到 VDL 引脚，且主变压器的漏电感是固定的，因此，在高
开关频率下，开关周期中的充电期更短。在对 CSS 充电
时，开关频率降低，并且开关周期的供电周期也延长。同
时在内部软启动时间一起软启动 SMPS 很有帮助。
为避免此问题，DC 阻断电容上的电压必须足够低。通
常，可在每个 MOSFET 的漏极至源极端上添加两个具有
多个 MHz 的电阻分压母线 DC 电压。
6. 间歇操作：为最大程度地降低待机模式下的功耗，
FSFA2100 会进入间歇模式。随着负载降低，反馈电压也
会降低。如图 25 所示，反馈电压降至 VBL (1.3 V) 以下
时，器件自动进入间歇模式。此时，开关操作将停止，输
出电压开始降低，降低的速率取决于待机电流负载。这会
导致反馈电压上升。一旦通过 VBH (1.5 V)，开关操作即恢
复。反馈电压然后又降低，接着重复上述过程。间歇模式
操作会交替使能和禁用 MOSFET 的开关操作，并降低待
机模式下的开关损耗。
VO
Voset
VFB
1.5V
1.3V
图 24. 外部软启动电路
Ids
5. 启动：由于高侧和低侧 MOSFET 之间关断电阻的阻
抗，无法在启动时预测 DC 阻断电容上的电压。此外，由
于低侧 MOSFET 的占空比在软启动时间过程中逐步增
大，高侧 MOSFET 以大占空比启动。因此，如果由于启
动前高侧 MOSFET 的关断电阻较高而已经在 DC 阻断电
容中充电高电压，则大初级端电流可在启动后的导通时间
期间流过高侧 MOSFET。对于高侧 MOSFET，长占空比
和高应用电压产生过大初级端电流。当高侧 MOSFET 关
断时，初级端电流通过低侧 MOSFET 的体二极管流回直
流母线大电容。即使导通和关断低侧 MOSFET 后也保持
相同状态。再次导通高侧 MOSFET 时，由于反向恢复，
巨大的电流可从 DC 母线大电容流过高侧 MOSFET 的通
道和低侧 MOSFET 的体二极管。这可能会对 CS 引脚产
生意外噪声。
Vds
t
Switching
stop
Switching
stop
t1
t2 t3
t4
图 25. 间歇模式操作
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12
典型应用电路（非对称 PWM 半桥转换器）
输出电压
应用
FPS™ 器件
输入电压范围
额定输出功率
（额定电流）
LCD 电视
FSFA2100
400 V
200 W
25 V-8 A
特性
.
.
.
.
高效率( >93%，400 VIN 输入时）
通过零电压开关 (ZVS) 降低 EMI 噪音
通过各种保护功能增强系统可靠性
内部软启动 (15 ms)
R211
75
C211
560pF/1kV
C201
2200µF 2200µF
35V 35V
C202
C102
220nF/
270VAC
Np Ns
L1
27µF
JP1
10
R106
27
D101
1N4137
VCC
D211
VO
FFPF20UP20DN
LVcc
VDL
C105
22µF/
50V
VIN=400V
(from PFC
HVcc
R107
15k
D212
C204
12nF
FYP2010DN
RT
FB
output)
R202
1k
R201
10k
C106
100nF
C107
0.68µF
N
s
R105
27k
R206
2k
R204
62k
Control
IC
VCTR
C212
680pF/1kV
R212
150
C104
68nF
C203 R203
27nF 33k
C101
220µF/
450V
CS
U3
KA431
R205
7k
C102
100pF
SG
PG
R102
1k
R101
0.2
图 26. 典型应用电路
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13
典型应用电路（续）
.
.
磁芯：EER3542 (Ae=107 mm2)
骨架：EER3542（水平）
EER3542
1
16
1
Np
Ns1
3
1
2
9
Ns2
8
图 27. 磁芯和绕组
引脚 (S → F)
8 → 1
绕线
匝数
50
8
绕线方式
螺线管绕制
螺线管绕制
螺线管绕制
Np
Ns1
Ns2
0.12φ×30（绞合线）
0.1φ×100（绞合线）
0.1φ×100（绞合线）
16 → 13
12 → 9
8
引脚
技术规格
630 H ± 5%
45 H ± 10%
备注
电感量
漏感量
1－8
1－8
100 kHz, 1 V
次级绕组短路
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14
26.20
25.80
3.40
3.00
23.10
22.90
1.20
R0.50 (4X)
5.35
5.15
10.70
10.30
12.00
14.50
13.50
18.50
17.50
0.70
3.20
R0.55
R0.55
1.50
1,3,5,7,9
1.30 MAX
5.08
8.00
7.00
0.80 MAX
6.00
2,4,6,8
1
9
0.70
0.50
1.40
1.00
2.54
1.27 (5X)
0.60
0.40
2.54
3.81
3.48
2.88
15.24
FRONT VIEW
RIGHT SIDE VIEW
3.40
3.00
R0.50
BOTTOM VIEW
NOTES: UNLESS OTHERWISE SPECIFIED
A. THIS PACKAGE DOES NOT COMPLY TO
ANY CURRENT PACKAGING STANDARD.
B. ALL DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS.
C. DIMENSIONS ARE EXCLUSIVE OF BURRS,
MOLD FLASH AND TIE BAR PROTRUSIONS.
D. DRAWING FILE NAME: MOD09ACREV3
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