FSQ500L [ONSEMI]
频率为 130 kHz 且无偏置绕组的 700 V 集成电源开关，用于 2.5 W 离线反激式转换器;
| 型号： | FSQ500L |
| 厂家： | 
ONSEMI |
| 描述： | 频率为 130 kHz 且无偏置绕组的 700 V 集成电源开关，用于 2.5 W 离线反激式转换器 开关 电源开关 转换器 |
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2013 年 11 月
FSQ500L
紧凑型绿色模式飞兆电源开关 (FPS™)
特性
说明
FSQ500L 专门设计用于替代低成本线性电源。该器件将
电流模式脉宽调制器 (PWM) 与 SenseFET 整合在一
起。集成的 PWM 控制器特征包括：固定振荡器、欠压
锁定 (UVLO) 保护、过载保护 (OLP)、前沿消隐 (LEB)、
优化的栅极接通/关断驱动器、带滞回功能的热关断
(TSD) 保护和用于环路补偿的温度补偿精密电流源。与
线性电源相比，FSQ500L 器件的整体大小和重量都有所
下降，同时其效率、生产力和系统可靠性得以增强。该
器件为经济高效的反激式转换器提供了一个基础平台。
.
.
.
单芯片 700 V SenseFET 电源开关
精确的固定工作频率：130kHz
突发模式下，265VAC 时，空载功耗为 250mW，通
过外部偏压可降低至 60 mW
.
.
.
.
.
内部启动开关
由外部电容器调节的软启动时间
具有滞回的欠压锁定 (UVLO)
逐脉冲限流
4
过载保护 (OLP)、具有滞回的内部热关断功能
(TSD)
.
.
自动重启模式
1
无需辅助偏压绕组
最大输出功率(1)
应用
230VAC ± 15%(2)
适配器(3) 开架式(4)
2.5W 3.0W
注意：
85-265VAC
.
.
具有成本效益的线性电源替代
手机、PDA、MP3 和无绳电话充电器和适配器
适配器(3)
2.0W
开架式(4)
2.5W
相关资源
1. 结温可以限制最大输出功率。
2. 230VAC，或者带有倍压器时为 100/115VAC
3. 在 50C 环境温度下且不通风的封闭适配器中测得
的典型持续功率。
.
.
.
.
.
.
AN4137 — 采用飞兆电源开关 (FPS™) 的离线反激
式转换器设计指南
。
AN4141 — 飞兆电源开关 (FPS™) 反激式应用故障
排除和设计技巧
4. 在 50C 环境温度下，开架式设计中的最大实际持
续功率。
AN-4147 — 反激式转换器 RCD 缓冲电路的设计指
南
AN-6075 — 采用 FSQ500L 的紧凑型绿色模式适配
器，可实现低成本
AN-4138 — 采用绿色模式飞兆电源开关 (FPS™) 的
电池充电器的设计思路
评测板：FEBFSQ500L_H257v1
订购信息
器件编号
工作温度范围
封装
包装方法
FSQ500L
-40°C 至 +85°C
4 引脚小型封装 (SOT223-4L)
卷带和卷盘
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应用电路图
AC
IN
DC
OUT
D
PWM
VFB
GND
VCC
图 1. 典型应用电路
内部框图
VCC
2
D
1
6.5V
Soft-Soft
HV/REG
VCC
IDELAY
VCC
7.7VZ
FB
I
VREF
UVLO
OSC
(BURST MODE:IFB/2)
3
V
FB
S
R
Q
8R
R
250ns
LEB
R
sense
(0.3V)
V
/V
BURL BURH
HV/REG OFF
S
R
Q
A/R
OLP
TSD
VSD
4
GND
图 2. 内部框图
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2
引脚配置
GND
FSQ500L
VCC
D
VFB
图 3. 封装/引脚框图
引脚定义
引脚号 名称
说明
高压功率 senseFET 漏极连接。另外，在启动时，内部高压电流源极提供内部偏压并为连接到 VCC
引脚的外部电容器充电。一旦 VCC 达到 6.0V，所有内部模块都被激活。内部高压电流源在 VCC 达
到 6.5V 之前一直处于活动状态。然后，内部高压电流源不定期导通和关断，从而使 VCC 维持在
6.5V。
1
2
D
该引脚连接到存储电容器。引脚 1 (D) 与该引脚之间连接的高压调节器在启动和正常运行期间的开
关过程中为 FSQ500L 提供电源电压。FSQ500L 无需使用辅助偏置绕组和相关的外部元件。
VCC
该引脚是在内部连接到 PWM 比较器的同相输入。光电耦合器的集电极通常连接到该引脚。为了保
3
4
VFB 持稳定运行，应当在该引脚和 GND 之间放置一个电容器。如果该引脚的电压达到 4.5V，会触发过
载保护，这会关断 FPS。
GND 该引脚为控制地和 senseFET 源极。
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3
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。
符号
参数
最小值
最大值
单位
VDS
VCC
VFB
PD
漏极引脚电压(5)
电源电压
700
V
V
10
VCC
反馈电压范围
总功耗
-0.3
V
0.78
W
A
IDM
漏极电流脉冲(6)
0.41
TJ
工作结温
-40
-55
内部限制
+150
C
C
TSTG
存储温度
注意：
5. LDMOS 允许的漏极电压为 -0.3V 至 700V。
6. 重复率额定值：脉冲宽度受限于最大结温。
热阻测试
符号
参数
数值
单位
θJA
结-环境之间热阻(7)
+160
°C/W
注：
7. 独立式，无散热器；最小焊盘布局。
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4
电气特征
除非另有说明，TJ = 25C。
符号
参数
条件
最小值 典型值 最大值 单位
SenseFET 部分
BVDSS 漏极－源极击穿电压
700
V
VCC = 6.5V, VFB = 0V, ID = 150A
VCC = 6.5V, VFB = 0V, VDS = 560V
TJ = 25C, ID = 25mA
IDSS
零栅极电压漏极电流
150
29
A
25
35
RDS(ON) 漏源极导通电阻
41
TJ = 100C, ID = 25mA
VGS = 6.5V
CISS
COSS
tr
输入电容(8)
输出电容(8)
上升时间(8)
下降时间(8)
42
pF
pF
ns
ns
VDS = 40V, fS = 1MHz
VDS = 350V, ID = 25mA
VDS = 350V, lD = 25mA
25
100
50
tf
控制部分
fS
开关频率
开关频率变化(8)
VCC = 6.5V, VFB = 1.0V
-25C < TJ < 125C
120
130
±5
140
±7
kHz
%
fS
IFB(Burst)
IFB(Normal)
DMAX
DMIN
VCC = 6.5V, VFB = 0V
VCC = 6.5V
98
200
54
110
225
60
122
250
66
A
A
%
反馈源电流
最大占空比
最小占空比
VCC = 6.5V, VFB = 4.0V
VCC = 6.5V, VFB = 0V
VFB = 0V 时，VCC 扫描
导通后，VFB = 0V 时，VCC 扫描
VFB = VSD 时, VCC 从 6V 开始扫描
0
%
VSTART
VSTOP
5.5
4.5
6.0
6.0
5.0
6.5
6.5
5.5
7.0
V
UVLO 阈值电压
V
VDLY_EN 关断延迟电流使能电压
V
突发模式部分
VBURH
0.75
0.70
30
0.80
0.75
50
0.85
0.80
80
V
V
VBURL 突发模式电压
HYS
VCC = 6.5V 时，VFB 扫描
mV
保护部分
ILIM
峰值电流限制
关机反馈电压
di/dt = 150mA/µs
245
4.1
4
280
4.5
5
315
4.9
6
mA
V
VSD
VCC = 6.5V 时，VFB 扫描
VCC = 6.5V, VFB = 4.0V
IDELAY 关机延迟电流
A
ns
ns
C
C
tLEB
tCLD
前沿消隐时间(8)
电流限制延迟时间(8)
250
100
140
80
TDS
130
150
热关断温度(8)
HYS
整机部分
IOP-BURST
IOP-FB
ICH
VCC = 6.5V, VFB = 0V
VCC = 6.5V, VFB = 4V
VCC = VFB = 0V, VDS = 40V
VDS = 40V, VFB = 0V
360
640
3.3
430
500
A
A
mA
V
工作电源电流（仅控制部分）
启动充电电流
760
880
VCCREG 电源电压调节器
6.0
6.5
5.7
7.0
6.2
VCCREG_
TSD
TSD(8) 期间的电源电压调节器
5.2
V
注：
8. 这些参数，虽有设计保证，但未经 100% 产品测试。
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5
典型性能特征
这些特征图形是在 TA = 25°C 条件下测得的。
Operating Supply Current (IOP) vs Temperature
Switching Frequency (fS) vs Temperature
490
140
135
130
125
120
470
450
430
410
390
370
-40 -25 -10
5
20
35
50
65
80
95
110 125
-40 -25 -10
5
20
35
50
65
80
95
110 125
Temperature (℃)
Temperature (℃)
图 4. 工作电源电流 (IOP_Burst) 与温度的关系
图 5. 开关频率 (fS) 与温度的关系
UVLO Threshold Voltage (VSTART) vs Temperature
UVLO Threshold Voltage (VSTOP) vs Temperature
5.5
5.3
5.1
4.9
4.7
4.5
6.5
6.3
6.1
5.9
5.7
5.5
-40 -25
-10
5
20
35
50
65
80
95
110 125
-40 -25 -10
5
20
35
50
65
80
95
110 125
Temperature (℃)
Temperature (℃)
图 6. UVLO 阀值电压 (VSTART) 与温度的关系
图 7. UVLO 阀值电压 (VSTOP) 与温度的关系
Burst Mode Voltage (VBURL) vs Temperature
Burst Mode Voltage (VBURH) vs Temperature
800
780
760
740
720
700
850
830
810
790
770
750
-40 -25 -10
5
20
35
50
65
80
95
110 125
-40 -25 -10
5
20
35
50
65
80
95
110 125
Temperature (℃)
Temperature (℃)
图 8. 突发模式电压 (VBURH) 与温度的关系
图 9. 突发模式电压 (VBURL) 与温度的关系
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6
典型性能特征（接上页）
这些特征图形是在 TA = 25°C 条件下测得的。
Maximum Duty Ratio (DMAX) vs Temperature
Shutdown Feedback Voltage (VSD) vs Temperature
5.0
4.8
4.6
4.4
4.2
4.0
64.0
63.0
62.0
61.0
60.0
59.0
58.0
57.0
56.0
-40 -25
-10
5
20
35
50
65
80
95
110 125
-40 -25 -10
5
20
35
50
65
80
95
110 125
Temperature (℃)
Temperature (℃)
图 10.最大占空比 (DMAX) 与温度的关系
图 11.关断反馈电压 (VSD) 与温度的关系
Peak Current Limit (ILIM) vs Temperature
Shutdown Delay Current (IDELAY) vs Temperature
5.5
5.3
5.1
4.9
4.7
4.5
310.0
300.0
290.0
280.0
270.0
260.0
250.0
240.0
-40 -25 -10
5
20
35
50
65
80
95 110 125
-40 -25
-10
5
20
35
50
65
80
95
110 125
Temperature (℃)
Temperature (℃)
图 12.峰值电流限制 (ILIM) 与温度的关系
图 13.关断延迟电流 (IDELAY) 与温度的关系
Supply Shunt Regulator (VCCREG) vs Temperature
7.0
6.8
6.6
6.4
6.2
6.0
-40 -25
-10
5
20
35
50
65
80
95
110 125
Temperature (℃)
图 14.电源电压调节器 (VCCREG) 与温度的关系
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7
功能说明
1. 启动和 VCC 调节：在启动时，内部高压电流源提供内
部偏压并对连接到 VCC 引脚的外部电容 (CA) 充电，如图
15 所示。引脚 D 和 VCC 之间的内部高压调节器
(HV/REG) 将 VCC 调节为 6.5V，并提供工作电流。因
此，FSQ500L 不需要辅助偏置绕组。
VCC
VCC
IDELAY IFB
VFB
VO
SenseFET
OSC
2
FOD817A
KA431
D1
D2
CB
8R
R
+
Gate
driver
VFB
*
Transformer
D
-
OLP
Rsense
VSD
2
ICH
VCC
6.5V
HV/REG
UVLO
图 16.脉宽调制 (PWM) 电路
3
ISTART
CA
3. 保护电路：FSQ500L 具有两项自我保护功能：过载
保护 (OLP) 和热关断 (TSD)。虽然在自重启模式下可实
现过载保护 (OLP)，触发热关断 (TSD) 时却不会出现开
关过程。一旦检测到过载状况，则会终止开关过程，
senseFET 保持关断，并且 HV/REG 也将关断。这会导
致 VCC 开始下降。当 VCC 跌至欠压锁定 (UVLO) 停止电
压 5.0V 以下时，保护功能被重置，启动电路为 VCC 电容
器充电。当 VCC 达到启动电压 6.0V 时，FSQ500L 恢复
正常运行。如果故障状况仍未解除，senseFET 和
HV/REG 保持关断并且 VCC 再次跌至 VSTOP。通过这种
方式，自重启功能可交替使能和禁用功率 SenseFET 的
开关，直到解除故障状况，如图 17 所示。
VREF
图 15.启动框图
2. 反馈控制：FSQ500L 采用电流模式控制，如图 16 所
示。通常用光电耦合器（如 FOD817A）和电压调节器
（如 KA431）来实现反馈网络。通过比较反馈电压与
R
sense 电阻两端的电压，能够控制开关占空比。当调节
器的参考引脚电压超过内部参考电压 2.5V 时，光电耦合
器 LED 电流增大，拉低反馈电压并减小占空比。这通常
在线路输入电压增大或输出负载电流减小时发生。
由于这些保护电路完全集成在 IC 中，无需任何外部元
件，因此能够在不增加成本的情况下提高可靠性。
2.1 逐脉冲限流：由于采用电流模式控制，因此流经
SenseFET 的峰值电流受到 PWM 比较器同相输入
(VFB*) 的限制，如图 16 所示。假定 225 µA 的电流源仅
流过内部电阻 (8R + R = 12 k )，则二极管 D2 的阴极电
压大约为 2.7V。由于当反馈电压 (VFB) 超过 2.7V 时，
D1 被阻断，D2 阴极的最大电压被箝位在该电压，即箝
位 VFB*。因此，通过 SenseFET 的电流峰值受到限制。
OLP
OLP
removed
Power
occurs
VDS
on
VCC
2.2 前沿消隐 (LEB)：在内部 senseFET 导通瞬间，由
于初级端电容放电和次级端整流器反向恢复，导致出现
一个高电流尖峰通过 senseFET。Rsense 电阻两端的电压
过大会导致电流模式 PWM 控制中出现不当的反馈运行
状况。为了抵消这种效应，FPS 采用了前沿消隐 (LEB)
6.5V
6.0V
5.0V
t
电路。SenseFET 导通后，此电路将在短时间 (tLEB
250ns) 内抑制 PWM 比较器。
=
Normal
Fault
Normal
operation
situation
operation
图 17.自重启保护波形
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8
TSD
occurs
TSD
removed
3.1 过载保护 (OLP)：过载定义为负载电流因意外异常
事件而超过正常值。这种情况下，应当触发保护电路，
从而保护 SMPS。然而，即使 SMPS 运行正常，在负载
变化过程中也有可能触发过载保护电路。为了避免这种
不理想的运行，设计了过载保护电路，在特定时间后会
触发该电路，以确定该情况是瞬态还是真的过载。由于
逐脉冲限流能力，通过 senseFET 的最大峰值电流受到
限制，因此，可以通过给定输入电压限制最大输入功
率。如果输出消耗的功率超过最大功率，输出电压 (VO)
将跌至设定电压以下。这会减小通过光电耦合器 LED 的
电流，同时减小光电耦合器晶体管电流，进而增大反馈
电压 (VFB)。如果 VFB 超过 2.7V，D1 将被阻断，并且
5µA 的电流源极开始缓慢地将 CB 充电至 VCC。在这种情
况下，VFB继续增大，直至达到 4.5 V，此时终止开关操
作，如图 18 所示。关断延迟时间是指以 5µA 电流将 CB
从 2.7V 充电至 4.5V 所需的时间。一般情况下，对于大
多数应用而言，该延时的典型值为 10 ~ 50 ms。该保护
功能在自重启模式下实现。
Power
on
VDS
VCC
6.5V
6.0V
5.7V
t
Normal
operation
Normal
operation
Fault
situation
图 19.过温保护 (OTP)
4. 软启动：软启动时间由外部 VCC 电容器 (CA) 调节，它
在启动后缓慢增大 PWM 比较器同相输入电压以及
senseFET 电流。在 VCC 达到 VSTART 之前，CA 由电流
ICH-ISTART 充电，其中 ICH 和 ISTART 如图 15 所示。在 VCC
达到 VSTART 之后，所有内部模块都被激活，从而保证 IC
内部消耗的电流变为 IOP。因此，CA 由电流 ICH-IOP 充
电，使得 VCC 的上升斜率变缓。VCC 负向相动 6.0V（在
图 2 中的软启动模块中进行），然后 VCC -6.0V 成为
PWM 比较器其中一个输入端子的输入电压。由于 PWM
VFB
Overload protection
4.5V
比较器的低电平起主导作用特性，漏极电流跟随 VCC
-
2.7V
6.0V，而不是 VFB*。通过选择 CA 可以控制软启动时间
的长短，如图 20 所示。在 tS/S 期间，IDELAY 被禁用，以
避免不必要的过载保护 (OLP)。通常，采用 27µF 的 CA
时，tS/S 约为 4.6 ms。
T12= CB*(4.5-2.7)/IDELAY
VCC
tS/S
T1
T2
t
图 18.过载保护
6.5V
6V
VCCREG
VSTART
3.2 热关断 (TSD)：senseFET 和控制 IC 设计在同一封
装中，使得控制 IC 能够轻松检测 senseFET 的异常过温
情况。当温度超过大约 140C 时，触发热关断。触发热
关断 (TSD) 时，延迟电流被禁用，开关操作停止，并且
通过内部高压电流源极的VCC 从 6.5V 变为 5.7V，如图
19 所示。由于 TSD 信号禁止 senseFET 进行开关操
作，因此直到结温充分降低，才会出现开关操作。通
常，如果结温低于 60°C，TSD 信号会被解除，并且 VCC
被再次设为 6.5V。当 VCC 从 5.7V 增大到 6.5V 时，软启
动功能使 senseFET 在没有电压和/或电流应力的情况下
导通和关断。
5V
VSTOP
t1
t2
t
t1=CA×6V/(ICH-ISTART
)
tS/S=CA×0.5V/(ICH-IOP)
图 20.软启动功能
电源开关器件的漏极电流峰值逐渐增加，从而建立适合
变压器、电感器和电容器的正确工作条件。输出电容器
上的电压逐渐增加，旨在顺畅地建立所需的输出电压。
软启动还有助于防止变压器饱和，降低启动过程中次级
二极管承受的应力。
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9
Vo
Voset
5. 突发工作模式：为了最大限度地减少待机模式下的功
耗，FPS 进入突发工作模式。在突发模式运行期间，
I
FB(Burst) 使 IFB(Normal) 减半。随着负载减小，反馈电压也随
之减小。如图 21 所示，反馈电压降至 VBURL (750 mV)
以下时，器件自动进入突发模式。此时，开关过程停
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。一旦此值超过 VBURH (800
mV)，开关过程将恢复。反馈电压则随之降低，此过程
重复进行。突发模式会交替使能和禁用功率 senseFET
的开关过程，并降低待机模式下的开关损耗。
VFB
0.80V
0.75V
IDS
VDS
time
Switching
disabled
Switching
disabled
t4
t2
t3
t1
图 21.突发模式运行
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10
6.70
6.20
B
0.10
C B
3.10
2.90
3.25
4
1.90
A
3.70
3.30
6.10
1.90
1
3
0.84
0.60
2.30
2.30
0.95
4.60
0.10
C B
LAND PATTERN RECOMMENDATION
SEE DETAIL A
1.80 MAX
7.30
6.70
0.08
C
C
0.10
0.00
NOTES: UNLESS OTHERWISE SPECIFIED
A) DRAWING BASED ON JEDEC REGISTRATION
TO-261C, VARIATION AA.
B) ALL DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS.
C) DIMENSIONS DO NOT INCLUDE BURRS
OR MOLD FLASH. MOLD FLASH OR BURRS
DOES NOT EXCEED 0.10MM.
D) DIMENSIONING AND TOLERANCING PER
ASME Y14.5M-2009.
R0.15±0.05
R0.15±0.05
10°
5°
GAGE
PLANE
0.35
0.20
E) LANDPATTERN NAME: SOT230P700X180-4BN
F) DRAWING FILENAME: MKT-MA04AREV3
10°
0°
TYP
0.25
10°
5°
0.60 MIN
SEATING
PLANE
1.70
DETAIL A
SCALE: 2:1
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