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ML4819CP

器件型号:ML4819CP
器件类别:配件   
厂商名称:Micro Linear (Qorvo)
厂商官网:https://www.qorvo.com
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器件描述

Power Factor and PWM Controller Combo

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ML4819CP器件文档内容

                                                                                                                      May 1997

                                                ML4819*
Power Factor and PWM Controller "Combo"

GENERAL DESCRIPTION                                               FEATURES

The ML4819 is a complete boost mode Power factor                  s Two 1A peak current totem-pole output drivers

Controller (PFC) which also contains a PWM controller.            s Precision buffered 5V reference (1%)
The PFC circuit is similar to the ML4812 while the PWM            s Large oscillator amplitude for better noise immunity
controller can be used for current or voltage mode control

for a second stage converter. Since the PWM and PFC               s Precision duty cycle limit for PWM section

circuits share the same oscillator, synchronization of the        s Current input gain modulator improves noise immunity
two stages is inherent. The outputs of the controller IC          s Programmable Ramp Compensation circuit
provide high current (>1A peak) and high slew rate to

quickly charge and discharge MOSFET gates. Special care           s Over-Voltage comparator helps prevent output

has been taken in the design of the ML4819 to increase            "runaway"

system noise immunity.                                            s Wide common mode range in current sense

The PFC section is of the peak current sensing boost type,        compensators for better noise immunity

using a current sense transformer or current sensing              s Under-Voltage Lockout circuit with 6V hysteresis

MOSFETs to non-dissipatively sense switch current. This
Please See Ml4824 for New Designs gives the system overall efficiency over average current

sensing control method.

The PWM section includes cycle by cycle current limiting,
precise duty cycle limiting for single ended converters,
and slope compensation.
                                                                  * Some Packages Are Obsolete

BLOCK DIAGRAM

10 RT                          OSC                                     PWM    +
20 CT                                                             CONTROLLER  

                                                                              +  DUTY CYCLE 7
                                                                              
     RAMP COMP                     SLOPE                                      +                ILIM 11
                            COMPENSATION                                      
12                                                                               1V
                                                                                          ISENSE B 9

1 ISENSE A                                  POWER FACTOR                         0.7V
                                              CONTROLLER

                                        +

                               5V                                                              PWM B

                                                                 R                                                8
                                                                  SQ
3 GM OUT                                                                         VCC
                                                                                                  OUT B
2 OVP                       +
                                                                                                                  14

                                                                                                PGND B

                                                                                                                  13

                        5V  

4 EA OUT A                                                                                      VREF

5 INV A                     +                                                   UNDER                    18
                                                                              VOLTAGE
                                                                             LOCKOUT           VCC 15
                                 ERROR
                        5V

                               AMP                           IEA

      ISINE                 GAIN MODULATOR                        R              VCC
                                                      IMULT       SQ                             OUT A 16
6
                                                                                                PGND A 17
     GND

19

                                                                                                                          1
ML4819

PIN CONFIGURATION

                                                    ML4819
                                                  20-Pin PDIP

                          ISENSE A                               1  20        CT
                               OVP                                            GND
                                                                 2  19        VREF
                        GM OUT                                                PGND A
                       EA OUT A                                  3  18        OUT A
                                                                              VCC
                            INV A                                4  17        OUT B
                              ISINE                                           PGND B
                                                                 5  16        RAMP COMP
                   DUTY CYCLE                                                 ILIM
                          PWM B                                  6  15
                          ISENSE B
                                 RT                              7  14

                                                                 8  13

                                                                 9  12

                                                  10                11

                                                                    TOP VIEW

PIN DESCRIPTION

PIN NAME    FUNCTION                                                PIN NAME             FUNCTION
1 ISENSE A                                                          11 ILIM
            Input form the PFC current sense                                             Cycle by cycle PWM current limit.
            transformer to the PWM comparator                                            Exceeding 1V threshold on this pin
            (+). Current Limit occurs when this                                          terminates the PWM cycle.
            point reaches 5V.

2 OVP       Input to Over-Voltage comparator.                       12 RAMP COMP Buffered output from the Oscillator
                                                                                             Ramp (CT). A resistor to ground sets a
3 GM OUT    Output of Gain Modulator. A resistor                                             current, 1/2 of which is sourced on
            to ground on this pin converts the                                               pins 9 and 11.
            current to a voltage.
                                                                    13 GND B             Return for the high current totem pole
                                                                                         output of the PWM controller.

4 EA OUT A Output of error amplifier.

                                                                    14 OUT B             PWM controller totem pole output.

5 INV A     Inverting input to error amplifier.

6 ISINE     Current Multiplier input.                               15 VCC               Positive Supply for the IC.
                                                                    16 OUT A             PFC controller totem pole output.

7 DUTY CYCLE PWM controller duty cycle is limited                   17 GND A             Return for the high current totem pole
                        by setting this pin to a fixed voltage.                          output of the PFC controller.

8 PWM B     Error voltage feedback input.

9 ISENSE B  Input for Current Sense resistor for                    18 VREF              Buffered output for the 5V voltage
            current mode operation or for                                                reference
            Oscillator ramp for voltage mode
            operation.                                              19 GND               Analog signal ground.

                                                                    20 CT                Timing Capacitor for the Oscillator.

10 RT       Oscillator timing resistor pin. A 5V
            source across this resistor sets the
            charging current for CT

2
                                                                                                     ML4819

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS

Absolute maximum ratings are those values beyond which                              Analog Inputs (ISENSE A, EA OUT A, INV A)
the device could be permanently damaged. Absolute                                      ............................................................... 0.3V to 5.5V
maximum ratings are stress ratings only and functional
device operation is not implied.                                                    Junction Temperature ............................................ 150C
                                                                                    Storage Temperature Range ..................... 65C to 150C
Supply Voltage (VCC) ................................................. 35V          Lead Temperature (soldering 10 sec.) ..................... 260C
Output Current, Source or Sink (RAMP COMP)                                          Thermal Resistance (qJA)

   DC ....................................................................... 1.0A     Plastic DIP or SOIC .......................................... 60C/W
Output Energy (capacitive load per cycle)................... 5mJ
Multiplier ISINE Input (ISINE) ................................... 1.2mA            OPERATING CONDITIONS
Error Amp Sink Current (GM OUT) ......................... 10mA
Oscillator Charge Current ......................................... 2mA             Temperature Range
                                                                                       ML4819C .................................................. 0C to 70C

ELECTRICAL CHARACTERISTICS

Unless otherwise specified, RT = 14kW, CT = 1000pF, TA = Operating Temperature Range, VCC = 15V (Notes 1, 2).

             PARAMETER           CONDITIONS                                         MIN   TYP   MAX            UNITS

OSCILLATOR

Initial Accuracy                 TJ = 25C                                          90    97    104            kHz
Voltage Stability                12V < VCC < 18V
Temperature Stability                                                                     0.2                  %

                                                                                          2                    %

Total Variation                  Line, temp.                                        88          106            kHz

Ramp Valley                                                                               0.9                  V

Ramp Peak                                                                                 4.3                  V

RT Voltage                                                                         4.8   5.0   5.2            V
Discharge Current (PWM B open)
                                 TJ = 25C, VOUT A = 2V                             7.5   8.4   9.3            mA
DUTY CYCLE LIMIT COMPARATOR      VOUT A = 2V
                                                                                    7.2   8.4   9.5            mA

Input Offset Voltage                                                                15         15             mV

Input Bias Current                                                                        2    10            mA

Duty Cycle                       VDUTY CYCLE = VREF/2                               43    45    49             %
REFERENCE

Output Voltage                   TJ = 25C, IO = 1mA                                4.95  5.00  5.05           V
Line Regulation                  12V < VCC < 25V
Load Regulation                  1mA < IO < 20mA                                          2     20             mV
Temperature Stability
                                                                                          8     25             mV

                                                                                          0.4                  %

Total Variation                  Line, load, temperature                            4.9         5.1            V

Output Noise Voltage             10Hz to 10kHz                                            50                   mV

Long Term Stability             TJ = 125C, 1000 hours, (Note 1)                         5     25             mV
Short Circuit Current           VREF = 0V
ERROR AMPLIFIER                                                                     30   85   180           mA

Input Offset Voltage                                                                15         15             mV

Input Bias Current                                                                        0.1  1.0           mA

Open Loop Gain                   1 < VEA OUT A < 5V                                 60    75                   dB
PSRR
Output Sink Current              12V < VCC < 25V                                    60    90                   dB

                                 VEA OUT A = 1.1V, VINV A = 5.2V                    2     12                   mA

Output Source Current            VEA OUT A = 5.0V, VINV A = 4.8V                    0.5  1.0                 mA

                                                                                                                      3
ML4819

ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Continued)

            PARAMETER                     CONDITIONS              MIN     TYP      MAX   UNITS
                                                                  6.5
ERROR AMPLIFIER (continued)                                                7.0      1.0     V
                                                                  0.4      0.7              V
Output High voltage           IEA OUT A = 0.5mA, VINV A = 4.8V   460      1.0      0.9   MHz
Output Low Voltage            IEA OUT A = 2mA, VINV A = 5.2V      900              505
Unity Gain Bandwidth                                                       0.7      10      V
                                                                   45      495     1005    mA
GAIN MODULATOR                ISINE = 500mA                       15                      mA
ISINE Input Voltage          ISINE = 500mA, INV A = VREF 20mV   100       0       51     mA
Output Current (GM OUT)      ISINE = 500mA, INV A = VREF + 20mV           990      15    kHz
                              ISINE = 1mA, INV A = VREF 20mV    0.2     200     140     dB
Bandwidth                                                        15      70       3
                                                                  0.4                       V
PSRR                         12V < VCC < 25V                      3   VC(T) 1   5.5    mA
SLOPE COMPENSATION CIRCUIT                                        4.8      48       15
                                                                  .95               0.9    mV
RAMP COMP Voltage                                                          120     10     mV
                                                                   13     0.3       3     mA
IOUT (ISENSE A or ISENSE B)  IRAMP COMP = 100mA (Note 3)          12      150      5.2     ns
OVP COMPARATOR                                                                     1.05
                                                                           0.7     10      V
Input Offset Voltage          Output Off                                   3              mV
                                                                            0       0.4     V
Hysteresis                    Output On                                    150      2.2    mA
                                                                            5              mA
Input Bias Current                                                                  0.8     ns
                                                                           1.0              V
Propagation Delay                                                          2
                                                                           150              V
ISENSE COMPARATORS                                                                         mA
Input Common Mode Range                                                   0.1              ns
                                                                           1.6
Input Offset Voltage          ISENSE A                                    13.5              V
Input Bias Current            ISENSE B                                    13.4              V
                                                                           0.1              V
Input Offset Current                                                       50               V
                                                                                            V
Propagation Delay                                                                           ns

ILIMIT (A) Trip Point        VOVP = 5.5V
ILIM COMPARATOR
ILIMIT Trip Point
Input Bias Current

Propagation Delay

OUTPUT DRIVERS

Output Voltage Low            IOUT = 20mA
                              IOUT = 200mA
Output Voltage High           IOUT = 20mA
                              IOUT = 200mA
Output Voltage Low in UVLO    IOUT = 1mA, VCC = 8V
Output Rise/Fall Time         CL = 1000pF

4
                                                                                                                                                        ML4819

ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Continued)

                  PARAMETER                          CONDITIONS                                           MIN                   TYP                MAX    UNITS

UNDER-VOLTAGE LOCKOUT

Start-Up Threshold                                                                                        15                    16                 17     V

Shut-Down Threshold                                                                                           9                 10                 11     V

VREF Good Threshold                                                                                                            4.4                       V
SUPPLY

Supply Current                                    Start-Up, VCC = 14V                                                           0.6                1.2    mA
                                                  Operating, TJ = 25C
                                                                                                                                25                 35     mA

Note 1: Limits are guaranteed by 100% testing, sampling, or correlation with worst-case test conditions.

Note 2: VCC is raised above the Start-Up Threshold first to activate the IC, then returned to 15V.
Note 3: PWM comparator bias currents are subtracted from this reading.

FUNCTIONAL DESCRIPTION

OSCILLATOR

The ML4819 oscillator charges the external capacitor (CT)
with a current (ISET) equal to 5/RSET. When the capacitor
                                                                        +5V                               DUTY CYCLE  7                         +

voltage reaches the upper threshold, the comparator                                                                                                       TO PWM
                                                                                                                                                          LATCH B
changes state and the capacitor discharges to the lower                                                                                         
                                                                                                          ISET
threshold through Q1. While the capacitor is discharging,                                                                 5V

the clock provides a high pulse.                                                                                      10        VREF

                                                                                                          RT

The oscillator period can be described by the following                                                                   ISET
relationship:

                                                                                                                      20                        +  CLOCK  TO PWM
                                                                                                                                                          LATCHES
tOSC = tRAMP + tDEADTIME                                                                                  CT                                    

where:                                                                                                                          8.4mA

      t = RAMP    C(Ramp Valley to Peak)                                                                                  Q1

                        ISET

and:

      t DEADTIME  =  C(Ramp Valley to      Peak)
                             8.4mA - ISET
                                                                                                                  CLOCK
The maximum duty cycle of the PWM section can be
                                                                                                                                            tD
limited by setting a threshold on pin 7. when the CT ramp                                                    RAMP PEAK
is above the threshold at pin 7, the PWM output is held
                                                                                                                                 CT
off and the PWM flip-flop is set:                                                                         RAMP VALLEY

DLIMIT            DOSC   (VPIN7  - 0.9)
                          3.4

where:

DLIMIT = Desired duty cycle limit                                                                         Figure 1. Oscillator Block Diagram
DOSC = Oscillator duty cycle

                                                                                                                                                                 5
ML4819

                                                                                                      95%                        100                                                             0
                         50                                                                                               AVOL, OPEN-LOOP VOLTAGE GAIN (dB)
                               VCC = 15V                                                                                                                                                                                        , EXCESS PHASE (DEGREES)VCC = 15V
                                TA = 25 C                                                                                                                                     VO = 1.0V TO 5.0V
                                                                                                              100pF              80                                           RL = 100k          30
                         30                                                                           200pF
RT, TIMING RESISTOR (k)                                                                                              90%                              GAIN                    TA= 25 C
                         20                                                                                          85%
                                                                                                                                 60                                                              60

                                                                                   1nF  500pF                                    40                                                              90
                                                                       2nF
                                                             5nF                                                                                                               PHASE

                         10                                                                                                      20                                                              120
                          8
                                                                                                                                 0                                                               150
                          5
                                              10nF                                                                               20                                                             180
                          3                  30
                            20                                                                                                   10      100          1.0k  10k      100k 1.0M           10M

                                                             50              100        200 300                      500                                    f, FREQUENCY (Hz)

                                                             fOSC, OSCILLATOR FREQUENCY (kHz)                                    Figure 5. Error Amplifier Open-Loop Gain and
                                                                           MAX DUTY CYCLE                                                          Phase vs Frequency

                                     Figure 2. Oscillator Timing Resistance vs. Frequency                                 GAIN MODULATOR

VSAT, OUTPUT SATURATION VOLTAGE (V)      0                        SOURCE SATURATION                 VCC = 15V             The ML4819 gain modulator is a linear current input
                                                        VCC       (LOAD TO GROUND)            80s PULSED LOAD            multiplier to provide high immunity to the disturbances
                                                                                                                          caused by high power switching. The rectified line input
                                     1.0                                 TA = 25 C               120 Hz RATE             sine wave is converted to a current via a dropping resistor.
                                                                                                                          In this way, small amounts of ground noise produce an
                                     2.0                                                                                 insignificant effect on the reference to the PWM
                                                                                                                          comparator.

                                     3.0                                                                                  The output of the gain modulator is a current of the form:

                                     2.0                                     TA = 25 C                                         IOUT is proportional to ISINE IEA

                                     1.0                                     SINK SATURATION                              where ISINE is the current in the dropping resistor, and IEA
                                                                               (LOAD TO VCC)                              is a current proportional to the output of the error
                                       0                                                                                  amplifier. When the error amplifier is saturated high, the
                                          0                                                           GND                 output of the gain modulator is approximately equal to
                                                                                                                          the ISINE input current.
                                                             200             400                      600            800
                                                                                                                          The gain modulator output current is converted into the
                                                             IO, OUTPUT LOAD CURRENT (mA)                                 reference voltage for the PWM comparator through a
                                                                                                                          resistor to ground on the gain modulator output. The gain
                         Figure 3. Output Saturation Voltage vs. Output Current                                           modulator output is clamped to 5V to provide current
                                                                                                                          limiting.
ERROR AMPLIFIER

The ML4819 error amplifier is a high open loop gain, wide
bandwidth amplifier.

                                                             +5V                                 +8V                      ISINE       6       IERR          ERROR
                                                                          +             0.5mA                                                               VOLTAGE

                                                                                                                                                            9V   GAIN MODULATOR

                                                 INV                                                                                                           ISINE ! IERR
                                             4

                                             3 EA OUT                                                                                     MULTIPLIER
                                                                                                                                      3

           Figure 4. Error Amplifier Configuration                                                                                    Figure 6. Gain Modulator Block Diagram

6
                                                                                                                                                                                                         ML4819

SLOPE COMPENSATION                                                                                                                                                                  ENABLE                   5V VREF
                                                                                                                                                                                      VREF                    VCC
Slope compensation is accomplished by adding 1/2 of the
current flowing out of pin 12 to pin 1 (for the PFC section                                                                                                                 VREF
and pin 9 (for the PWM section). The amount of slope                                                                                                                        GEN.
compensation is equal to (IRAMP COMP/2) RL where RL is
the impedance to GND on pin 1 or pin 9. Since most of                                                                                                                                9V
the PWM applications will be limited to 50% duty cycle,
slope compensation should not be needed for the PWM                                                                                                                                        INTERNAL
section. This can be defeated by using a low impedance
load to the current sense on pin 9.                                                                                                                                                         BIAS

                                                                                                                                                                            +

                                            RT                  OSC
                                        10
                                                                                                                                                     Figure 9. Under-Voltage Lockout Block Diagram
                                            CT
                                        20

                                                          VREF       9V                                                                          40
                                                     IR(SC)             IR(SC) " 2

                                     RAMP COMP       Q1                              TO PIN 9                          ICC, SUPPLY CURRENT (mA)  30
                                     12                                              TO PIN 1
                                                                         IR(SC) " 2
                                RSC                          SLOPE
                                                      COMPENSATION

                                                                                                                                                 20

                                        Figure 7. Slope Compensation Circuit

                                                                                                                                                 10
                                                                                                                                                                                                                      TA = 25 C

MULTIPLIER OUTPUT CURRENT (A)  500                                                  4.5V
                                400
                                300                                                                                                              0
                                200
                                100                                                      4.0V  E/A OUTPUT VOLTAGE (V)                                0                      10              20           30                      40
                                                                                         3.5V
                                   0                                                     3.0V                                                                                   VCC, SUPPLY VOLTAGE (V)
                                     0                                                   2.5V
                                                                                         2.0V                                                    Figure 10a. Total Supply Current vs. Supply Voltage
                                                                                        1. 5V
                                                100  200             300      400    500                                                                  35

                                                     SINE INPUT CURRENT (A)                                                                              30

                                        Figure 8. Gain Modulator Linearity                                                                                25
                                                                                                                                                                                              OPERATING
UNDER VOLTAGE LOCKOUT                                                                                                                                                                           CURRENTICC -- SUPPLY CURRENT

On power-up the ML4819 remains in the UVLO condition;                                                                                                     20
output low and quiescent current low. The IC becomes
operational when VCC reaches 16V. When VCC drops                                                                                                          15
below 10V, the UVLO condition is imposed. During the
UVLO condition, the 5V VREF pin is "off", making it                                                                                                       10
usable as a status flag.
                                                                                                                                                            5
                                                                                                                                                                                               START-UP

                                                                                                                                                            0
                                                                                                                                                              0 10 20 30 40 50 60 70
                                                                                                                                                                                     TEMPERATURE ( C)

                                                                                                                                                 Figure 10b. Supply Current (ICC) vs. Temperature

                                                                                                                                                                                                                                 7
ML4819

VREF, REFERENCE VOLTAGE CHANGE (mV)      0                                                                                             Where DON is the duty cycle [TON/(TON + TOFF)]. The
                                                                                                                       VCC = 15V       input boost inductor will dry out when the following
                                                                                                                                       condition is satisfied:
                                     4.0

                                     8.0                                                                                                  [ ] VIN(t) < VOUT 1- DON(MAX)            (2)

                                                                                                                                       or

                                     12                                                                                                   [ ] VINDRY = 1- DON(MAX) VOUT

                                                                                                                                                                                      (3)

                                     16

                                     20                        TA = 25 C                                                              VINDRY: Voltage where the inductor dries out.
                                                                                                                                       VOUT: Output dc voltage.

                                     24        20      40  60  80                       100                                      120  Effectively, the above relationship shows that the resetting
                                          0                                                                                            volt-seconds are more than setting volt-seconds. In energy
                                                                                                                                       transfer terms this means that less energy is stored in the
                                                    IREF, REFERENCE SOURCE CURRENT (mA)                                                inductor during the ON time than it is asked to deliver during
                                                                                                                                       the OFF time. The net result is that the inductor dries out.
                                             Figure 11. Reference Load Regulation

APPLICATIONS                                                                                                                           The recommended maximum duty cycle is 95% at
                                                                                                                                       100KHz to allow time for the input inductor to dump its
POWER FACTOR SECTION                                                                                                                   energy to the output capacitors.

The power factor section in the ML4819 is similar to the                                                                               For example:
power factor section in the ML4812 with the exception of
the operation of the slope compensation circuit. Please                                                                                if: VOUT = 380V and
refer to the ML4812 data sheet for more information.                                                                                        DON(MAX) = 0.95

The following calculations refer to Figure 12 in this data                                                                             then substituting in (3) yields VINDRY = 20V. The effect of
sheet. The component designators in the equations below                                                                                drying out is an increase in distortion at low input voltages.
refer to the following components in Figure 12:
                                                                                                                                       For a given output power, the instantaneous value of the
     RT = R16, CT = C6.                                                                                                                input current is a function of the input sinusoidal voltage
                                                                                                                                       waveform. As the input voltage sweeps from zero volts to
INPUT INDUCTOR (L1) SELECTION                                                                                                          its maximum value and back, so does the current.

The central component in the regulator is the input boost                                                                              The load of the power factor regulator is usually a
inductor. The value of this inductor controls various                                                                                  switching power supply which is essentially a constant
critical operational aspects of the regulator. If the value is                                                                         power load. As a result, an increase in the input voltage
too low, the input current distortion will be high and will                                                                            will be offset by a decrease in the input current.
result in low power factor and increased noise at the
input. This will require more input filtering. In addition,                                                                            By combining the ideas set forth above, some ground
when the value of the inductor is low the inductor dries                                                                               rules can be obtained for the selection and design of the
out (runs out of current) at low currents. Thus the power                                                                              input inductor:
factor will decrease at lower power levels and/or higher
line voltages. If the inductor value is too high, then for a                                                                           Step 1: Find minimum operating current.
given operating current the required size of the inductor
core will be large and/or the required number of turns will                                                                                IIN(MIN)PEAK  =  1.414 PIN(MIN)          (4)
be high. So a balance must be reached between distortion                                                                                                        VIN(MAX)
and core size.
                                                                                                                                            VIN(MAX) = 260V
One more condition where the inductor can dry out is                                                                                        PIN(MIN) = 50W
analyzed below where it is shown to be maximum duty                                                                                    then:
cycle dependent.
                                                                                                                                            IIN(MIN)PEAK = 0.272A
For the boost converter at steady state:
                                                                                                                                       Step 2: Choose a minimum current at which point the
                                     VOUT    =     VIN                                                                            (1)            inductor current will be on the verge of drying
                                                1- DON                                                                                           out. For this example 40% of the peak current
                                                                                                                                                 found in step 1 was chosen.

8
                                                                                  VREF              STARTUP      OUT
                                                                                  IN                CIRCUIT

                           R2                                                                                            D5
                           510k                                                                                       1N5406
                                                                                                                            ML4819D1 - D4 +
              PFC                          F1 C1        1N5406
             Figure 12. Typical Application, 180W Power Factor Corrected 12V Output Power SupplyENHANCEMENT0.6F
                                                            
9                                           B+ 380V
                                                                                                                     L1                               POWER FACTOR CORRECTION
R1              VREF        R5     R7                   R10 PGND                                            D7                  D6                                              B+ 380 VDC
330k                        357k   357k                 33k                                              1N4148
                                   R8                                                                                       MUR850
                            R6     4.53k                                                                            NP
                            4.75k
                   Q4                C8 1                                                                             T1
                2N2222        R9
                             27k                           UI                 C5                             R12
                     D8                                 ML4819
                     3V                                                   1000pF  R11                        10                           C4          C3            C2

            R4       R3                                                           91                                  Q1 6800pF                       0.62F 330F
  C7 12k             5.6k
10F                                       1 ISENSE A           CT 20     C6                                          IRF840                                        400VDC
35V
                                                                          1000pF
        VREF
                                           2 OVP                GND 19    C9 0.1F
    R13                                                                                                                              C11
4.7k                                      3 GM OUT             VREF 18
                                                                                  VREF                                1F
                                           4 EA OUT A   PGND A 17
                                                                                                                                                                 D9            +
                                           5 INV A              OUT A 16                                                                                         MUR110
                                                                                                                                                                               C10
                                           6 ISINE              VCC 15    C13 1F R17, 3                                   R20                Q3                T3             330F
                                                                                                                          7.5                 IRF840                           25VDC
                                           7 DUTY CYCLE OUT B 14                                T2
                                                                          R18                            R19, 3k          R21
                                           8 PWM B      PGND B 13         65k                                             3k
R14                   C12
                                                                                   VCC              C11                     D12
4.7k                  1F                  9 ISENSE B RAMP COMP 12                                           D10      MUR150                                                              VIN+
                                                                             D14                    1F 1N4148                                                                            +12V
                                                                                                                                                      D13
                                           10 RT                ILIM 11                                                                                                        C18
                                                                                                                                                                               1500F
                                                                                                               D11                                    D83               C16
                                                                                                         MUR150                                                                           VOUT
                                           R16                                                                                                    T3  004              1F
                                           15k
                       R15
      VREF            4.3k                                                                          R22                                                       C19        R27
                                                                                                                                                            4.7F       1.2k
                                                                          D13                       10

                                                                                                                                              Q3

                                                                                                                                              IRF840                R26

                                                                                                                  R23, 100                                  U2      1.5k       R28

                                                                                                                                                                               8.66k

                                                                                                                      R25 R24                         MOC
                                                                                                                                                      8102
                                                                                                         C14               1              1
                                                                                                         2200pF

                                                                                                                                                                        C20

                                                                                                                                                                U3      0.1F
                                                                                                                                                            TL431

                                                                                                                                                                        R29

                                                                                                                                                                        2.26k

                                                                          PWM REGULATOR
ML4819                                                    CURRENT SENSE AND SLOPE (RAMP) COMPENSATION
                                                          COMPONENT SELECTION
then: ILDRY = 100mA
                                                          Slope compensation in the ML4819 is provided internally.
Step 3: The value of the inductance can now be found      A current equal to VCT/2(R18) is added to ISENSE A (pin 1).
          using previously calculated data.               this is converted to a voltage by R10, adding slope to the
                                                          sensed current through T1. The amount of slope
    L1= VINDRY DON(MAX)                                 compensation should be at least 50% of the downslope of
              IL(DRY) fOSC                              the inductor current during the off time as reflected on pin
                                                          1. Note that slope compensation is a requirement only if
    = 20V 0.95 = 2mH                              (5)   the inductor current is continuous and the duty cycle is
                                                          more than 50%. The highest inductor downslope is found
        100mA 100kHz                                    at the point of inductor discontinuity:

The inductor can be allowed to decrease in value when     diL = VB - VIN DRY = 380V - 20V = 0.18 A / s         (9)
the current sweeps from minimum to maximum value.         dt           L              2mH
This allows the use of smaller core sizes. The only
requirement is that the ramp compensation must be         The downslope as reflected to the input of the PWM
adequate for the lower inductance value of the core so    comparator is given by:
that there is adequate compensation at high current.
                                                          SPWM  =  VB  - VIN DRY   R11                         (10)
Step 4: The presence of the ramp compensation will                       L1         NC
          change the dry out point, but the value found
          above can be considered a good starting point.  Where NC is the turns ratio of the current transformer (T1)
          Based on the amount of power factor correction  used. In general, current transformers simplify the sensing of
          the value of L1 can be optimized after a few    switch currents, especially at high power levels where the
          iterations.                                     use of sense resistors is complicated by the amount of
                                                          power they have to dissipate. Normally the primary side
Gapped Ferrites, Molypermalloy, and Powdered Iron cores   of the transformer consists of a single turn and the
are typical choices for core material. The core material  secondary consists of several turns of either enameled
selected should have a high saturation point and          magnet wire or insulated wire. The diameter of the ferrite
acceptable losses at the operating frequency.             core used in this example is 0.5" (SPANG/Magnetics
                                                          F41206-TC). The rectifying diode at the output of the
One ferrite core that is suitable at around 200W is the   current transformer can be a 1N4148 for secondary
#4229PL00-3C8 made by Ferroxcube. This ungapped core      currents up to 75mA average.
will require a total gap of 0.180" for this application.

OSCILLATOR COMPONENT SELECTION                            Current-sensing MOSFETs or resistive sensing can also be
                                                          used to sense the switch current. In these cases, the
The oscillator timing components can be calculated by     sensed signal has to be amplified to the proper level
using the following expression:                           before it is applied to the ML4819.

    fOSC   =    1.36                                (6)
              RT CT
                                                          The value of the ramp compensation (SCPWM) as seen at
                                                          pin 1 is:

For example:

Step 1: At 100kHz with 95% duty cycle TOFF = 500ns        SCPWM    =      2.5 R9                              (11)
          calculate CT using the following formula:                   R16 C6 R18

    CT  =  tOFF IDIS  = 1000pF                    (7)   The required value for R18 can therefore be found by
              VOSC                                        equating:

Step 2: Calculate the required value of the timing              SCPWM = ASC SPWM
resistor.                                                 where ASC is the amount of slope compensation and
                                                          solving for R18.

    RT  =     1.36      =     1.36
           fOSC CT
                           100kHz 1000pF

                                                    (8)

        = 13.6k. Choose RT = 14k.

10
                                                                                                         ML4819

The value of R9 (pin 3) depends on the selection of R2        VOLTAGE REGULATION COMPONENTS
(pin 6).
                                                              The values of the voltage regulation loop components are
R2  =  VIN(MAX)PEAK   =  260 1.414  = 510k        (12)      calculated based on the operating output voltage. Note
        ISINE (PEAK)       0.72mA                             that voltage safety regulations require the use of sense
                                                              resistors that have adequate voltage rating. As a rule of
R9  >  VCLAMP R2    =  4.8 510k   = 22k         (13)      thumb if 1/4W through-hole resistors are used, two of
       VIN(MIN)PEAK       80 1.414                          them should be put in series. The input bias current of the
                                                              error amplifier is approximately 0.5A, therefore the
     Choose R9 = 27kW                                         current available from the voltage sense resistors should
                                                              be significantly higher than this value. Since two 1/4W
The peak of the inductor current can be found                 resistors have to be used the total power rating is 1/2W.
approximately by:                                             The operating power is set to be 0.4W then with 380V
                                                              output voltage the value can be calculated as follows:

                                                              R5 = (380V)2 / 0.4W = 360k                          (17)

           1.414 POUT   = 1.414 200                       Choose two 178kW, 1% connected in series.
           VIN (MIN) RMS          90
ILPEAK  =                                  = 3.14A  (14)

                                                              Then R6 can be calculated using the formula below:

Next select NC, which depends on the maximum switch           R6  =  VREF R5  =  5V 356k     = 4.747k         (18)
current. Assume 4A for this example. NC is 80 turns.                 VB - VREF     380V - 5V

R11 =   VCLAMP NC   =   4.9 80  = 100           (15)      Choose 4.75kW, 1%. One more critical component in the
            ILPEAK            4                               voltage regulation loop is the feedback capacitor for the
                                                              error amplifier. The voltage loop bandwidth should be set
Where R11 is the sense resistor, and VCLAMP is the current    such that it rejects the 120Hz ripple which is present at
clamp at the inverting input of the PWM comparator. This      the output. If this ripple is not adequately attenuated it
clamp is internally set to 5V. In actual application it is a  will cause distortion on the input current waveform.
good idea to assume a value less than 5V to avoid             Typical bandwidths range anywhere from a few Hertz to
unwanted current limiting action due to component             15Hz. The main compromise is between transient
tolerances. In this application VCLAMP was chosen as 4.8V.    response and distortion. The feedback capacitor can be
                                                              calculated using the following formula:
Having calculated R11 the value SPWM and of R18 can
now be calculated:                                            C8  =            1  
                                                                     3.142 R5
                                                                                     BW

           380V - 20     100                                                    1                                 (19)
              2mH        80                                                   356k
SPWM    =                    =  0.225V  / s                 C8  =  3.142             2Hz  =  0.44F

R18  =  ASC     2.5 R9     CT
             SPWM RT

R18  =              2.5 28.8k                30k  (16)
               (0.225 106) 14k
        0.7                         1nF

Choose R18 = 33kW

The following values were used in the calculation:

     R9 = 27kW                    ASC = 0.7
     RT = 14kW                    CT = 1nF

                                                                                                                  11
ML4819

OVERVOLTAGE PROTECTION (OVP) COMPONENTS                               PWM SECTION

The OVP loop should be set so that there is no interaction            The PWM section in Figure 12 is a two switch forward
with the voltage control loop. Typically it should be set to          converter, shown in Figure 14 below for clarity. This fully
a level where the power components are safe to operate.               clamped circuit eliminates the need for very high
Ten to fifteen volts above VOUT seems to be adequate.                 voltage MOSFETs. Flyback topology is also possible with
This sets the maximum transient output voltage to about               the ML4819.
395V.

By choosing the high voltage side resistor of the OVP                 385VDC                                                       Q2
circuit the same way as above i.e. R7 = 356K then R8 can                         D12                      T2
be calculated as:

      R8  =   VREF R7   =    5V 356k  =  4.564k    (20)                                         D11
             VOVP - VREF       395V - 5V                                                                                                       T3

Choose 4.53kW, 1%.

Note that R5, R6, R7 and R8 should be tight tolerance                                                     Q3
resistors such as 1% or better.

                                                                             ML4819                   T2

OFF-LINE START-UP AND BIAS SUPPLY GENERATION                              Figure 14. Two-Switch Forward Converter

The Start-Up circuit in Figure 12 can be either a "bleed              This regulator (Figure 12) uses current mode control.
resistor" (39kW, 2W) or the circuit shown in Figure 13. The           Current is sensed through R24 and filtered for high
bleed resistor method offers advantage of simplicity and              frequency noise and leading edge transient through T23
lowest cost, but may yield excessive turn-on delay at low             and C14. The main regulation loop is through PWM B. The
line.                                                                 TL431 (U3) in the secondary serves as both the voltage
                                                                      reference and error amplifier. Galvanic isolation is
When the voltage on pin 15 (VCC) exceeds 16V, the IC                  provided by an optocoupler (U2) which provides a current
starts up. The energy stored on the C21 supplies the IC               command signal on pin 8. Loop compensation is provided
with running power until the supplemental winding on T3               by R29 and C20. The output voltage is set by:
can provide the power to sustain operation.

                                                                  IN

             START-UP           R31       R30                                   2.5 1+              
             CIRCUIT           510k       4.3k                                                      

                                                                      VOUT   =                 R29                                                 (21)
                                                                                               R28
                                            Q6
             R33                          IRF821
             2k
VREF                      Q5                      OUT  TO VCC         The control loop is compensated using standard
               R32     2N2222                                         compensation techniques.
               2k                    D16
                                     22V    D15
                                          1N4001
                               C21
                                                                      Current is limited to a threshold of 2A (1V on R24). The duty
                               0.1                                    cycle is limited in this circuit to below 50% to prevent
                                                                      transformer (T3) core saturation. The maximum duty cycle
                    Figure 13. Start-Up Circuit                       limit of 45% is set using a threshold of VREF/2 on pin 7.

ENHANCEMENT CIRCUIT                                                   the circuit in Figure 12 can be modified for voltage mode
                                                                      operation by utilizing the slope current which appears on
The power factor enhancement circuit (inside the dotted               pin 9 as show in figure 15 below.
lines) in Figure 11 is described in Application Note 11. It
improves the power factor and lowers the input current                The ramp amplitude appearing on pin 9 will be:
harmonics. Note that the circuit meets IEC1000-3-2
specifications (with the enhancement circuit installed) on            VR  =  I R18      R(V)                                                      (22)
the harmonics by a large margin while correcting the                           2
input power factor to better than 0.99 under most steady
state operating conditions.                                           where R18 is the slope compensation resistor. Since this
                                                                      circuit operates with a constant input voltage (as supplied
                                                                      by the PFC section) voltage feed-forward is unnecessary.

12
           OSC                                 VREF          ML4819

SLOPE              CT                C6                                13
COMP.
                         20
  IRSC
     2

                                                   R13

          DUTY CYCLE
        +                         7

                  ILIM              FROM
        +                  11
                                    R23, C14      R14
        +
           1V

               ISENSE B  9               RV

           

             0.7V
           +

                PWM B                FROM U2, R15
                              8

Figure 15. Voltage Mode Configuration

CONSTRUCTION AND LAYOUT TIPS

High frequency power circuits require special care during
breadboard construction and layout. Double sided printed
circuit boards with ground plane on one side are highly
recommended. All critical switching leads (power FET,
output diode, IC output and ground leads, bypass
capacitors) should be kept as small as possible. This is to
minimize both the transmission and pickup of switching
noise.

There are two kinds of noise coupling; inductive and
capacitive. As the name implies inductive coupling is
due to fast changing (high di/dt) circulating switching
currents. The main source is the loop formed by Q1, D6,
and
C3C4. Therefore this loop should be as small as possible,
and the above capacitors should be good, high frequency
types.

The second form of noise coupling is due to fast changing
voltages (high dv/dt). The main source in this case is the
drain of the power FET. The radiated noise in this case can
be minimized by insulating the drain of the FET from the
heatsink and then tying the heatsink to the source of the
FET with a high frequency capacitor.

The IC has two ground pins named PWR GND and Signal
GND. These two pins should be connected together with a
very short lead at the printed circuit board exit point. In
general grounding is very important and ground loops
should be avoided. Star grounding schemes are preferred.
ML4819

                                    Component Values/Bill of Materials for Figure 12

        Reference                Description             Reference                                  Description
C1, C3             0.6F, 630V Film (250 VAC)    R4                                   12k
C2                 330F 25V Electrolytic        R5, R7                               357k, 1%
                                                 R6                                   4.57k, 1%
C4                 6800pF 1KV Ceramic            R8                                   4.53k, 1%
                                                 R9                                   27k
C5, C6             1000pF                        R10, R18                             33k
                                                 R11                                  91
C7                 10F 35V                      R12, R22                             10
                                                 R13, R14                             4.7k
C8, C11, C13, C15, C16 1F Ceramic               R15                                  4.3k
                                                 R16                                  15k
C9, C20, C21       0.1F Ceramic                 R17                                  3
                                                 R20                                  7.5
C10                1500F 25V Electrolytic       R21,R19                              3k
                                                 R23                                  100
C12, C17           1F Ceramic                   R24, R25                             1
                                                 R26                                  1.5k
C14                2200 pF                       R27                                  1.2k
                                                 R28                                  8.66k, 1%
C18                1500F 16V Electrolytic       R29                                  2.26k, 1%
                                                 R30                                  2k, 1W
C19                4.7F                         R32, R33                             2k
                                                 T1                                   Spang F41206-TC or
D1- D5             1N5406                                                             Siemens B64290-K45-X27 or X830 or
                                                 T2                                   Ferroxcube 768T188-38
D6                 MUR850                                                             NS = 80, NP = 1
                                                 T3                                   Same core as T1
D7, D10            1N4148                                                             NS = NP = 15 bifilar
                                                 U2                                   Core: Ferroxcube 4229-3C8
D8                 3V Zener diode or 4 x 1N4148  U3                                   Pri. 44 Turns #18 Litz wire
                                                                                      Sec. 4 Turns of copper strip
                   in series                                                          Aux. 2 Turns #24 AWG
                                                                                      MOC8102
D9                 MUR110                                                             TL431

D11, D12           MUR150

D13                D83-004K

D15                1N4001

D16, D14           1N5818 or 1N5819

F1                 5A, 250V, 3AG

L1                 2mH, 4A IPEAK

                   Core: Ferroxcube 4229-3CB

                   150 Turns #24 AWG

                   0.150" gap

L2                 10mH

                   Core: Spang OF 43019 UG00

                   8 Turns #15AWG gap 0.05"

Q1-Q3              IRF840

Q4, Q5             2N2222

Q6                 IRF821

R1                 330k

R2, R31            510k

R3                 5.6k

14
                                                                                                                                           ML4819

PHYSICAL DIMENSIONS inches (millimeters)

                                                                           Package: P20
                                                                           20-Pin PDIP

                                                            1.010 - 1.035
                                                            (25.65 - 26.29)

                                                 20                                                         0.240 - 0.260 0.295 - 0.325
                                                                                                            (6.09 - 6.61) (7.49 - 8.26)
                                                  PIN 1 ID
                                                            0.055 - 0.065   0.100 BSC
                                                  1         (1.40 - 1.65)   (2.54 BSC)
                          0.060 MIN
                          (1.52 MIN)                                                                        0.015 MIN
                          (4 PLACES)                                                                        (0.38 MIN)

                     0.170 MAX
                     (4.32 MAX)

                                                            0.016 - 0.022   SEATING PLANE                               0 - 15         0.008 - 0.012
                                                            (0.40 - 0.56)                                                                (0.20 - 0.31)
                     0.125 MIN
                     (3.18 MIN)

ORDERING INFORMATION

                     PART NUMBER                                           TEMPERATURE RANGE                                 PACKAGE

                      ML4819CP                                                    0C to 70C                           Molded DIP (P20)
                      ML4819CS (Obsolete)                                         0C to 70C                           Molded SOIC (S20)

Micro Linear 1997  is a registered trademark of Micro Linear Corporation

Products described in this document may be covered by one or more of the following patents, U.S.: 4,897,611; 4,964,026; 5,027,116; 5,281,862; 5,283,483; 5,418,502; 5,508,570; 5,510,727; 5,523,940;

5,546,017; 5,559,470; 5,565,761; 5,592,128; 5,594,376; Japan: 2598946; 2619299. Other patents are pending.

Micro Linear reserves the right to make changes to any product herein to improve reliability, function or design.                        2092 Concourse Drive
Micro Linear does not assume any liability arising out of the application or use of any product described herein,                            San Jose, CA 95131
neither does it convey any license under its patent right nor the rights of others. The circuits contained in this                             Tel: 408/433-5200
data sheet are offered as possible applications only. Micro Linear makes no warranties or representations as to                               Fax: 408/432-0295
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before deciding on a particular application.

                                                                                                                                                        DS4819-01

                                                                                                                                                        15
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