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AND8019D

器件型号:AND8019D
厂商名称:ON Semiconductor
厂商官网:http://www.onsemi.cn
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器件描述

Offline Converter Provides 5.0 Volt, 1.0 Amp Output for Small Electronic Equipment

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AND8019D器件文档内容

AND8019/D

Offline Converter Provides                                               http://onsemi.com
5.0 Volt, 1.0 Amp Output for
Small Electronic Equipment                                         APPLICATION NOTE

Prepared by: Alan Ball
ON Semiconductor

General Description                                                Cap, ceramic, 1.0 mF, 10 V, 0603  C1608X5R1A105K C6
                                                                   TDK
  ON Semiconductor's NCP1000 series of offline                                                       C1608X7R1A103K C7, C11
converters offers a low cost, high efficiency power source         Cap, ceramic, .01 mF, 50 V, 0603
for low power, electronic equipment. It serves the same            TDK                               ECA1EM100    C8
function as small, line frequency transformers, but with the
added benefits of line and load regulation, transient              Cap, Alum elect, 10 mF, 25 V      EEUFCOJ152   C9, C10
suppression, reduction in weight, and operation across the         Panasonic
universal input voltage range.                                                                       WYO102MCMBFOK C12
                                                                   Cap, Alum elect, 1500 mF, 6.3 V
  This kit provides a 5.0 volt, 1.0 amp output, which is           Panasonic                         1N4005        D1D4
derived from an input source of 85 to 265 VAC, and 50 Hz
to 60 Hz. This range of input voltages will allow this circuit     Cap, class X1, 1.0 nF, 440 Vac    MBRS340T3     D5
to function virtually anywhere in the world without                Vishay/Roederstein
modification. The output is regulated and current limited.                                           MMBD6050LT1   D6
Both common mode and differential mode EMI filtering are           Diode, Rectifier, 600 V, 1.0 A
incorporated on the ac line.                                       ON Semiconductor                  MUR160        D7

Features                                                           Rectifier, Schottky, 40 V, 3.0 A  BK/ETF160MA  F1
                                                                   ON Semiconductor
Output Well Regulated Over Changes in Line and Load                                                UP0.4C330    L1
Minimal Parts Count                                              Diode, Switching, 70 V, 200 mA
Universal Input Voltage Range                                    ON Semiconductor                  830502        P1, P2
100 kHz Switching Frequency
Power Switch and Current Sense Built into Chip                   Diode, UltraFast 600 V, 1.0 A,   CRCW12064715% R1
No External Startup Circuit Required                             ON Semiconductor
Thermal Shutdown Circuitry Included                                                                             R2
Board Designed for EMI and UL Approvals                          Fuse, 160 mA, 250 Vac
                                                                   Cooper Bussman                    CRCW12062715% R3

                                                                   Inductor, 33 mH                   CRCW12062k1% R4, R5
                                                                   Cooper Coiltronics
Parts List                                                                                                        R6, R7
                                                                   Connector                                      R8, R9
    Description / Manufacturer        Part Number  Reference       Beau                              CTX1314602   T1
                                 ECQU2A823MV      C1
Cap, xseries, .082 mF, 250 Vac  EEUEB2W100       C2, C3          Resistor, 470 W, 5%               NCP1000P      U1
Panasonic                        ECKD3A222KBP     C4              Vishay/Dale
                                 ECEA1EKK3R3      C5                                                6715605     U2
Cap, Alum elect, 10 mF, 450 V                                      Resistor, 4.7 kW, .25 W, 5%
Panasonic                                                                                            TL431AID      U3
                                                                   Resistor, 270 W, 5%
Cap, ceramic, 2.2 pF, 1000 Vac                                     Vishay/Dale
Panasonic
                                                                   Resistor, 2.0 kW, 5%
Cap, Alum elect, 3.3 mF, 25 V                                      Vishay/Dale
Panasonic
                                                                   Resistor, 6.8 W, .25 W, 5%

                                                                   Resistor, 10 W, .25 W, 5%

                                                                   Transformer, flyback
                                                                   Cooper Coiltronics

                                                                   IC, Switching Regulator
                                                                   ON Semiconductor

                                                                   Optocoupler
                                                                   Lumex

                                                                   IC, Voltage Regulator
                                                                   ON Semiconductor

Semiconductor Components Industries, LLC, 2002                1                                       Publication Order Number:
                                                                                                                           AND8019/D
June, 2002 Rev. 4
                                                  AND8019/D

Manufacturers Contact Data                                       Board Evaluation

         Mfr.  Phone                       Web                     The following Power Supply Test Setup diagram and
                                                                 description is designed to allow the board to be tested for all
ON Semiconductor 800 2829855 www.onsemi.com                     parameters listed in the Converter Test Data table. This may
                                                                 be used to confirm proper operation of the board, as well as
Cooper Electronics 561 7525000 www.cooperet.com                 operating parameters of modified boards.

TDK            847 8036100 www.component.tdk.com

Mallory        317 2730090 www.naccdoesit.com

Vishay/...     818 7811642 www.vishay.com/index.html

Lumex          847 3592790 www.lumex.com

Beau Interconnect 603 5245101 www.beauint.com

Panasonic                  www.panasonic.com

                                           Scope                                                      1A
                                                                              500 mA

                                                                     90 mA

               85 vac265 vac
                50 Hz60 Hz

                                        V

                             Volt                                             55 W  12 W                  10 W
                              or
                            Watt
                            Meter

                                                  UUT                         Load Fixture

                                           Figure 1. Power Supply Test Setup

Test Setup                                                       Measurement Techniques

  The input power source needs to be variable over the range       To accurately measure the output voltage and ripple, the
of voltages and frequencies that you choose to test. This can    voltmeter and oscilloscope probes should be connected as
be either a variac or an electronic power source.                close as possible to the output terminals of the board.
                                                                 Measuring the output voltage at the load resistors will result
  Connect it to a voltmeter or wattmeter. A wattmeter will be    in errors due to the impedance of the ammeter and of the lead
required to measure efficiency. If none is available, use a      wires.
voltmeter. The output of the meter will be fed into the input
connector on the board. The polarity is not important as this      Ripple measurements often contain large amounts of
converter has an isolated output. Please keep in mind that the   common mode noise. Before taking measurements, connect
input side of this circuit is hot including the ground.        the scope probe to the ground lead at the negative output
                                                                 terminal. Any spikes that are on the screen of the scope are
  The output connector should be connected to an ammeter         common mode noise that is being picked up by the scope
in the high line, and then to a set of load resistors. The 12 W  leads, and are not part of the output ripple. This phenomenon
and 10 W resistors should be rated at 10 watts, and the 55 W     may be reduced by using two scope probes in a differential
at 2.0 watts.                                                    measurement mode.

  Any lab scope with at least a 20 MHz bandwidth will be           Connect both ground leads to the negative output
adequate to observe ripple and switching waveforms.              terminal. Connect one scope probe to the negative terminal
                                                                 also, and the other to the positive terminal. Set the scope up
  The unit will not be damaged by input voltages below           to subtract the ground signal from the ripple signal, and the
85 volts, but may not operate properly. Do not exceed the        resulting waveform will be a more accurate representation
265 volt rating as this could damage the NCP1000 as well as      of the ripple.
other components.

                                                  http://onsemi.com
                                                               2
AND8019/D

Regulation                                                       Converter Test Data
  To measure line regulation, hold the load constant and
                                                                      Parameter             Conditions             Data
vary the input over the desired range taking measurements        Line Regulation                             DVo = 6.0 mV
at convenient intervals. The change in output voltage for a      Load Regulation    85 V  Vin  265 V         DVo = 8.0 mV
fixed load, across the range of input voltages is the line       Combined Line/                              DVo = 10 mV
regulation.                                                      Load Regulation    0 A  Io  1.0 A
                                                                 Output Ripple                               100 mVpp
  Load regulation is measured in a similar manner. The line      Input Power        85 V  Vin  265 V         7.75 watts
is held constant and the output voltage is measured as the                          0 A  Io  1.0 A           7.88 watts
load is varied from minimum to maximum.                          Power Factor                                0.57
                                                                                    Io = 1.0 A               0.49
Ripple                                                           Efficiency                                  h = 66%
  The scope should be connected as described in the                                 Vin = 115 V, Io = 1.0 A  h = 64%
                                                                                    Vin = 220 V, Io = 1.0 A
Measurement Techniques section, and should be ac coupled.
Peaktopeak ripple is the measurement from the lowest                              Vin = 115 V, Io = 1.0 A
point to the highest point on the trace. If a peaktomean                          Vin = 220 V, Io = 1.0 A
measurement is desired, set the scope input to ground, move
the trace on top of the center graticule line of the scope, and                     Vin = 115 V, Io = 1.0 A
then set the scope coupling back to ac. The voltage from the                        Vin = 220 V, Io = 1.0 A
lowest point on the trace and the highest point on the trace,
to the center graticule line are the peaktomean                Troubleshooting
measurements.
                                                                 Symptom              Solution
Efficiency
  Efficiency is defined as:                                      Unit does not      1. Assure that ac source and meter are
                                                                 turn on, does not     properly connected by measuring the
   h = Pout/Pin = (Vo Io) / Pin                                  draw current          voltage at the input connector.

  The output power is the output voltage multiplied by the                          2. Measure the voltage across C2. If it is
output current. The input power must be read from a quality                            not approximately equal to the peak input
wattmeter with a wide bandwidth due to the harmonic                                    voltage, check for wrong or defective
content of the input current waveform. There is no accurate                            components (R6, R7, D1D4).
method of measuring the input power by the use of DVM's
or oscilloscopes.                                                                   3. Observe voltage at pin 1 of U1. This
                                                                                       voltage needs to exceed 8.5 volts for
  Most wattmeters will also measure power factor, line                                 unit to start, and remain greater than
voltage and line current.                                                              7.5 volts for unit to operate. If not in this
                                                                                       range check for shorts, and assure that
Transient Loads                                                                        pin 5 is greater than 50 volts, otherwise
  Rapid changes in the load of a power converter cause the                             replace chip.

output voltage to increase or decrease for a short period of                        4. Measure the voltage at pin 2 of U1.
time. If the circuit that will be attached to this converter is                        It should measure less than 4.5 volts for
sensitive to small excursions in voltage, it is highly                                 PWM to be active. If it is, and the output
recommended to test the unit under similar transients. The                             is not switching, the NCP1000 may be
following exercise will test the unit for a transient from                             defective.
250 mA to 1.0 A and from 1.0 A to 250 mA. If the actual load
transient is different, the loads should be modified to reflect  Unit does not      1. Check for obvious shorts on the board
those conditions.                                                turn on, draws        and remove if found.
                                                                 excessive current
  Response to load transients can be observed by causing a                          2. Disconnect all leads and measure
step load change and synching the oscilloscope to this event.                          resistance across C2. If no short is found,
The best way to do this is to replace the switch on the 500 mA                         check test setup. If a short is found,
load (10 W resistor) with a FET. An ON Semiconductor                                   isolate it by removing components and
MTD3302 transistor, driven by a pulse generator with a                                 testing (D1D4, C2, U1).
0 volt to 10 volt pulse will make a simple electronic switch.
Figures 8 and 9 show the transient response to an output load    Unit does        1. Assure that the input voltage and output
change of 10% to 100% load.                                                             current are in the specified ranges.
                                                                    not regulate
  Observing the output voltage on an oscilloscope during                            2. Measure voltage across C8. It should be
this event will allow measurement of the level of                                       at least twice the output voltage. If not,
perturbation as well as the duration.                                                   check D6, L2 and C8.

                                                                                    3. Check the voltage at pin 2. If it is greater
                                                                                        than 4.5 volts the opto may be shorted,
                                                                                        if 0 the opto may open or C4 may be
                                                                                        shorted.

                                                                                    4. Measure voltage at pin 8 of U3 and
                                                                                        measure voltage drop across R3. If:

                                                                                     V8 < 2.5 volts & VR3 = 0 then replace U2.
                                                                                     V8 < 2.5 volts & VR3 > 0 then replace U3.
                                                                                     V8 > 2.5 volts & VR3 = 0 then replace U3.
                                                                                     V8 > 2.5 volts & VR3 > 0 then replace U2.

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Theory of Operation                                                 As the output approaches a short circuit condition, the
                                                                  auxiliary winding voltage will reduce along with the output
Input                                                             voltage. When the auxiliary winding is reduced below the
  The ac source is connected to the input terminals of this       UVLO shutdown level, the unit will shutdown, and time out
                                                                  for eight Vcc charging cycles, to reduce power dissipation,
unit. Fuse F1 is a safety device for fire protection and not      before restarting. Due to leakage inductance spikes, the
intended to protect the circuit from overcurrent conditions.      auxiliary voltage may not track the output voltage
C1, R6 and R7 comprise the input EMI filter. Diodes D1D4         proportionally. If short circuit protection is required, it is
rectify the ac line which is then filtered by capacitor, C2.      recommended that a secondary side current limit circuit be
                                                                  used to assure unit will be completely protected under short
Primary Power Circuit                                             circuit conditions.
  The NCP1000 power switching regulator chip contains
                                                                  Modification of Output Voltage or Current
the control circuit, startup circuit and power switch circuit.
  The startup circuit allows a small amount of current from         This circuit has been designed to provide a regulated
                                                                  5.0 volt output at a maximum current of 1.0 amp. Changes
pin 5 to charge C8 and C5. When this voltage reaches              will require redesign in several areas of the circuit.
approximately 8.5 volts, the unit will commence operation
as can be observed at pin 5. Once the unit begins switching,        The output voltage is determined by comparing the output
it's power is derived from the auxiliary winding of the           of the voltage divider of R4 and R5 to the 2.5 volt internal
transformer through D6 and C8. Power from C8 is delivered         reference in the TL431. This resistive divider must be
to pin 1.                                                         modified to change the output voltage. To do this, first
                                                                  choose the bias current that you want in the divider 1.0 mA
  C5 provides energy storage at pin 1. R1, which is placed        is a good rule of thumb. The voltage across R5 will always
in series between the aux winding supply (C8) and pin 1,          be 2.5 volts, so the equation for R5 is:
limits the current into the VCC pin. The VCC voltage is
supplied by the aux winding and limited by an internal               R5 (kW) = 2.5 volts / Ibias (mA)
8.6 volt shunt regulator.                                         and

Primary Regulation Circuit                                           R4 = R5 (Vo 2.5 volts) / 2.5 V
  The NCP1000 receives the error signal via an
                                                                    Since it is necessary to maintain a voltage of at least
optocoupler at pin 2, the Feedback input. This input has an      9.5 volts on C8 at all times, the auxiliary winding of the
internal 2.7 kW resistor to ground. As current from the           transformer will be affected by any change in output voltage.
optocoupler flows into pin 2, it develops a voltage across       Consult the transformer manufacturer for modifications to
the internal resistor. This voltage is used as the error signal   this component.
into the PWM comparator to determine the duty cycle. As
the voltage on pin 2 increases, the duty cycle will decrease,       Capacitors C6 and C7, and diode D5 are all affected by the
and therefore, the output power will decrease.                    output voltage and may need to be changed depending on the
                                                                  direction and magnitude of the voltage change.
Secondary Regulation
  Regulation is accomplished by comparing the output                Any increase in power can have effects on a number of
                                                                  components. The NCP1000 can process power of at least 10
voltage (voltage divider R4 and R5) to a fixed reference          watts for a universal input, however the transformer, output
within the TL431 regulator. The TL431 also has an internal        rectifier (D5) and filter caps will need to be analyzed for
amplifier which is used as the error amplifier for this circuit.  their suitability.
The output of the TL431 conducts a current that biases the
photodiode of U2. This in turn causes the phototransistor of      Component Substitutions
U2 to conduct and provides a voltage to the NCP1000 chip
that has the error information required for regulation. C10 is      Similar components may be substituted for those on the
used to compensate the internal error amplifier in the TL431      parts list, however, there are certain parameters for some
for frequency stability.                                          switching power supply components that need to be
                                                                  considered when doing so.
Current Limit Protection
  The NCP1000 includes an internal current limit circuit.           Rectifiers require the same voltage and current ratings as
                                                                  those specified. In addition, verify that their speed is equal
The nominal threshold is 0.50 amps peak of switch current.        to, or better than that of the specified device.
If the current tries to exceed this level, the current limit
comparator will terminate the pulse at 0.50 amps. Under             Capacitors in this type of power converter are subjected to
current limit conditions, the output voltage will reduce as       very high rms switching currents. Any substitutions need to
necessary to maintain a this maximum switch current. Due          be checked to assure that the ripple current rating is better
to the characteristics of a flyback converter, the unit will go   than, or equal to that of the specified device.
into a constant power mode in current limit. This means that
as the output voltage is reduced, the output current will
increase.

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                    R6                                                T1 D5                             5 V, 1 A
        F1          6.8 D1 D4
                                                                                                          C11
                                                     R2       C4             C9  C10                      .01 mF
                                                     4.7 k    2.2 nF  1500 mF    1500 mF

Vin     C1                           +       +                                                 R3 R4
                                                                                               270 2 k
                    R7                C2      C3
                    6.8               10 mF   10 mF                                            p/o U2

                                                              D7

            p/o U2               R1                 L1            D6                           U3  R5
                                470               33 mH                                   TL431    2k
    C5                                                        C7
3.3 mF                   1                   C8               .01 mF             C12                          RETURN
                              NCP            10 mF                               1 nF
                              1000                            R9
                                                          R8  10
                C6                                        10
            1.0 mF

                                     Figure 2. Schematic Diagram

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                                Printed Circuit Board

Figure 3. Artwork Viewed from Copper Side
              Actual size is 2.50 x 1.70

Figure 4. Layout Viewed from
          Component Side

                                                       Figure 5. Drill Drawing

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Circuit Waveforms

                                                                 Vin = 115 Vrms
                                                                 1 Amp Load
                                                                 50 mV/div, 5 ms/div

   Figure 6. Ripple

                                                                 Vin = 220 Vrms
                                                                 1 Amp Load
                                                                 50 mV/div, 5 ms/div

   Figure 7. Ripple

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     Circuit Waveforms

                                                                        Vin = 115 Vac
                                                                        Top Trace:
                                                                        Output Voltage
                                                                        100 mV/div, 1 ms/div
                                                                        Bottom Trace:
                                                                        0.1 Amps to 1 Amp

Figure 8. Transient Response

                                                                        Vin = 220 Vac
                                                                        Top Trace:
                                                                        Output Voltage
                                                                        100 mV/div, 1 ms/div
                                                                        Bottom Trace:
                                                                        0.1 Amps to 1 Amp

Figure 9. Transient Response

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Pin 5 Switching Waveforms

                                  Vin = 115 Vac
                                  Iout = 1.0 ADC

Figure 10. Switching Waveform
          (Pin 5 to Ground)

                                  Vin = 220 Vac
                                  Iout = 1.0 ADC

Figure 11. Switching Waveform
         (Pin 5 to Ground)

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