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TOP221G

器件型号:TOP221G
器件类别:模拟器件
文件大小:176KB,共0页
厂商名称:POWERINT [Power Integrations, Inc.]
厂商官网:http://www.powerint.com
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器件描述

0.28 A SWITCHING REGULATOR, 110 kHz SWITCHING FREQ-MAX,

0.28 A 开关稳压器, 110 kHz 开关 最大频率,

参数

TOP221G功能数量 1
TOP221G端子数量 8
TOP221G最大工作温度 125 Cel
TOP221G最小工作温度 -40 Cel
TOP221G加工封装描述 SMD-8
TOP221G状态 ACTIVE
TOP221G工艺 CMOS
TOP221G包装形状 RECTANGULAR
TOP221G包装尺寸 SMALL OUTLINE
TOP221G表面贴装 Yes
TOP221G端子形式 GULL WING
TOP221G端子间距 2.54 mm
TOP221G端子涂层 NOT SPECIFIED
TOP221G端子位置 DUAL
TOP221G包装材料 PLASTIC/EPOXY
TOP221G温度等级 AUTOMOTIVE
TOP221G控制模式 VOLTAGE
TOP221G控制技术 PULSE WIDTH MODULATION
TOP221G最大输出电流 0.2800 A
TOP221G模拟IC其它类型 SWITCHING REGULATOR
TOP221G交换机配置 BOOST
TOP221G最大开关频率 110 kHz

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TOP221G器件文档内容

                                                                                                                              

TOP221-227

TOPSwitch-II Family

Three-terminal Off-line PWM Switch

             Product Highlights                                  AC
                                                                 IN
Lowest cost, lowest component count switcher solution
Cost competitive with linears above 5W                                             D
Very low AC/DC losses up to 90% efficiency
Built-in Auto-restart and Current limiting                         TOPSwitch          CONTROL
Latching Thermal shutdown for system level protection                                                  C
Implements Flyback, Forward, Boost or Buck topology
Works with primary or opto feedback                                                                         S
Stable in discontinuous or continuous conduction mode
Source connected tab for low EMI                                                                                                                                   PI-1951-091996
Circuit simplicity and Design Tools reduce time to market
                                                                 Figure 1. Typical Flyback Application.
Description
                                                                 easier. The standard 8L PDIP package option reduces cost in
The second generation TOPSwitch-II family is more cost           lower power, high efficiency applications. The internal lead
effective and provides several enhancements over the first       frame of this package uses six of its pins to transfer heat from
generation TOPSwitch family. The TOPSwitch-II family extends     the chip directly to the board, eliminating the cost of a heat sink.
the power range from 100W to 150W for 100/115/230 VAC            TOPSwitch incorporates all functions necessary for a switched
input and from 50W to 90W for 85-265 VAC universal input.        mode control system into a three terminal monolithic IC: power
This brings TOPSwitch technology advantages to many new          MOSFET, PWM controller, high voltage start up circuit, loop
applications, i.e. TV, Monitor, Audio amplifiers, etc. Many      compensation and fault protection circuitry.
significant circuit enhancements that reduce the sensitivity to
board layout and line transients now make the design even

                              OUTPUT POWER TABLE

         TO-220 (Y) Package1                                         8L PDIP (P) or 8L SMD (G) Package2

PART Single Voltage Input 3  Wide Range Input                      PART   Single Voltage. Input3                      Wide Range Input
ORDER 100/115/230 VAC 15%     85 to 265 VAC                      ORDER  100/115/230 VAC 15%                           85 to 265 VAC
                                                                 NUMBER
NUMBER   P 4,6                      P 4,6                                                     P 5,6                               P 5,6
            MAX                              MAX                                                                 MAX                           MAX

TOP221Y  12 W                 7W                                 TOP221P or TOP221G     9W                            6W

TOP222Y  25 W                 15 W                               TOP222P or TOP222G     15 W                          10 W

TOP223Y  50 W                 30 W                               TOP223P or TOP223G     25 W                          15 W

TOP224Y  75 W                 45 W                               TOP224P or TOP224G     30 W                          20 W

TOP225Y  100 W                60 W

TOP226Y  125 W                75 W

TOP227Y  150 W                90 W

Notes: 1. Package outline: Y03A 2. Package Outline: P08A or G08A 3. 100/115 VAC with doubler input 4. Assumes appropriate heat
sinking to keep the maximum TOPSwitch junction temperature below 100 C. 5. Soldered to 1 sq. in.( 6.45 cm2), 2 oz. copper clad
(610 gm/m2) 6. PMAX is the maximum practical continuous power output level for conditions shown. The continuous power capability
in a given application depends on thermal environment, transformer design, efficiency required, minimum specified input voltage, input
storage capacitance, etc. 7. Refer to key application considerations section when using TOPSwitch-II in an existing TOPSwitch design.

                                                                                                                      December 1997
TOP221-227

CONTROL                VC                                                                       0                                                                        DRAIN
          ZC
          SHUNT REGULATOR/                              5.7 V                                   1  INTERNAL
                                                        4.7 V                                      SUPPLY
            ERROR AMPLIFIER                                      SHUTDOWN/
                                                               AUTO-RESTART                           8
                                                 5.7 V
                                                                   +
                                                                   -
                                                                                                                                                              -
                                                                                                                                                              +

            +
            -
                                                                                                                                                                VILIMIT
           IFB                                           THERMAL                                   S  Q
                                                        SHUTDOWN                                                                    CONTROLLED
                OSCILLATOR                                                                                                             TURN-ON
                              DMAX                                  POWER-UP                       R  Q                                   GATE
                                                                       RESET                                                            DRIVER
                            CLOCK
                                SAW                             -                                            S  Q

          RE                                                    +                                            R  Q           LEADING
                                                                                                                              EDGE
                                                               PWM
                                                        COMPARATOR                                                         BLANKING

                                                                                                                                         MINIMUM
                                                                                                                                         ON-TIME
                                                                                                                                          DELAY

                                                                                                                                                                         SOURCE

                                                                                                                                                                         PI-1935-091696

Figure 2. Functional Block Diagram.

Pin Functional Description

DRAIN Pin:                                                                                                              Tab Internally
Output MOSFET drain connection. Provides internal bias                                                          Connected to Source Pin
current during start-up operation via an internal switched high-
voltage current source. Internal current sense point.                                                                                                            DRAIN
                                                                                                                                                                 SOURCE
CONTROL Pin:                                                                                                                                                     CONTROL
Error amplifier and feedback current input pin for duty cycle
control. Internal shunt regulator connection to provide internal                                                   TO-220 (YO3A)
bias current during normal operation. It is also used as the
connection point for the supply bypass and auto-restart/                                                        SOURCE 1             8 SOURCE (HV RTN)
compensation capacitor.

SOURCE Pin:                                                                                                     SOURCE 2             7 SOURCE (HV RTN)
Y package Output MOSFET source connection for high                                                            SOURCE 3             6 SOURCE (HV RTN)

                voltage power return. Primary side circuit                                                      CONTROL 4            5 DRAIN
                common and reference point.

P and G package Primary side control circuit common and                                                           DIP-8 (P08A)
                reference point.                                                                                   SMD-8 (G08A)

                                                                                                                                                                         PI-2084-052198

SOURCE (HV RTN) Pin: (P and G package only)                                                           Figure 3. Pin Configuration.
Output MOSFET source connection for high voltage power return.

2  C
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                                                                                                                        TOP221-227

TOPSwitch Family Functional Description

TOPSwitch is a self biased and protected linear control current-                   Auto-restart
to-duty cycle converter with an open drain output. High                                                        IB
efficiency is achieved through the use of CMOS and integration
of the maximum number of functions possible. CMOS process                    DMAX
significantly reduces bias currents as compared to bipolar or
discrete solutions. Integration eliminates external power                                                               Slope = PWM Gain
resistors used for current sensing and/or supplying initial start-
up bias current.                                                             Duty Cycle (%)

During normal operation, the duty cycle of the internal output               DMIN
MOSFET decreases linearly with increasing CONTROL pin
current as shown in Figure 4. To implement all the required                                  ICD1 2.0                                   6.0
control, bias, and protection functions, the DRAIN and                                                                  IC (mA)
CONTROL pins each perform several functions as described                                                                                     PI-2040-050197
below. Refer to Figure 2 for a block diagram and to Figure 6 for
timing and voltage waveforms of the TOPSwitch integrated            Figure 4. Relationship of Duty Cycle to CONTROL Pin Current.
circuit.

     5.7 V                IC
     4.7 V         Charging CT
VC

           0

             VIN   Off
DRAIN

0

                                                                                        Switching

                                                                    (a)

                          IC                                              ICD1                               ICD2
                   Charging CT                                      Discharging CT                     Discharging CT

     5.7 V                                                                   8 Cycles
VC 4.7 V                                                                     95%

           0                                                                                     5%

DRAIN VIN          Off                                              Off                                            Off
                0

                                Switching                                                    Switching

                                       (b)

                   CT is the total external capacitance
                     connected to the CONTROL pin

                                                                                                                                             PI-1956-092496

Figure 5. Start-up Waveforms for (a) Normal Operation and (b) Auto-restart.

                                                                                                                                               3 C

                                                                                                                                             12/97
TOP221-227

TOPSwitch Family Functional Description (cont.)

Control Voltage Supply                                                                      and MOSFET gate drive current.
CONTROL pin voltage VC is the supply or bias voltage for the
controller and driver circuitry. An external bypass capacitor                               Oscillator
closely connected between the CONTROL and SOURCE pins                                       The internal oscillator linearly charges and discharges the
is required to supply the gate drive current. The total amount                              internal capacitance between two voltage levels to create a
of capacitance connected to this pin (CT) also sets the auto-                               sawtooth waveform for the pulse width modulator. The oscillator
restart timing as well as control loop compensation. VC is                                  sets the pulse width modulator/current limit latch at the beginning
regulated in either of two modes of operation. Hysteretic                                   of each cycle. The nominal frequency of 100 kHz was chosen
regulation is used for initial start-up and overload operation.                             to minimize EMI and maximize efficiency in power supply
Shunt regulation is used to separate the duty cycle error signal                            applications. Trimming of the current reference improves
from the control circuit supply current. During start-up,                                   oscillator frequency accuracy.
CONTROL pin current is supplied from a high-voltage switched
current source connected internally between the DRAIN and                                   Pulse Width Modulator
CONTROL pins. The current source provides sufficient current                                The pulse width modulator implements a voltage-mode control
to supply the control circuitry as well as charge the total                                 loop by driving the output MOSFET with a duty cycle inversely
external capacitance (C ).                                                                  proportional to the current into the CONTROL pin which
                                                                                            generates a voltage error signal across RE. The error signal
                                                 T                                          across RE is filtered by an RC network with a typical corner
                                                                                            frequency of 7 kHz to reduce the effect of switching noise. The
The first time VC reaches the upper threshold, the high-voltage                             filtered error signal is compared with the internal oscillator
current source is turned off and the PWM modulator and output                               sawtooth waveform to generate the duty cycle waveform. As
transistor are activated, as shown in Figure 5(a). During normal                            the control current increases, the duty cycle decreases. A clock
operation (when the output voltage is regulated) feedback                                   signal from the oscillator sets a latch which turns on the output
control current supplies the VC supply current. The shunt                                   MOSFET. The pulse width modulator resets the latch, turning
regulator keeps VC at typically 5.7 V by shunting CONTROL                                   off the output MOSFET. The maximum duty cycle is set by the
pin feedback current exceeding the required DC supply current                               symmetry of the internal oscillator. The modulator has a
through the PWM error signal sense resistor RE. The low                                     minimum ON-time to keep the current consumption of the
dynamic impedance of this pin (ZC) sets the gain of the error                               TOPSwitch independent of the error signal. Note that a minimum
amplifier when used in a primary feedback configuration. The                                current must be driven into the CONTROL pin before the duty
dynamic impedance of the CONTROL pin together with the                                      cycle begins to change.
external resistance and capacitance determines the control loop
compensation of the power system.

If the CONTROL pin external capacitance (C ) should discharge                               Gate Driver
                                                                                         T  The gate driver is designed to turn the output MOSFET on at a
                                                                                            controlled rate to minimize common-mode EMI. The gate drive
to the lower threshold, then the output MOSFET is turned off                                current is trimmed for improved accuracy.
and the control circuit is placed in a low-current standby mode.
The high-voltage current source turns on and charges the                                    Error Amplifier
external capacitance again. Charging current is shown with a                                The shunt regulator can also perform the function of an error
negative polarity and discharging current is shown with a                                   amplifier in primary feedback applications. The shunt regulator
positive polarity in Figure 6. The hysteretic auto-restart                                  voltage is accurately derived from the temperature compensated
comparator keeps VC within a window of typically 4.7 to 5.7 V                               bandgap reference. The gain of the error amplifier is set by the
by turning the high-voltage current source on and off as shown                              CONTROL pin dynamic impedance. The CONTROL pin
in Figure 5(b). The auto-restart circuit has a divide-by-8                                  clamps external circuit signals to the VC voltage level. The
counter which prevents the output MOSFET from turning on                                    CONTROL pin current in excess of the supply current is
again until eight discharge-charge cycles have elapsed. The                                 separated by the shunt regulator and flows through R as a
counter effectively limits TOPSwitch power dissipation by
reducing the auto-restart duty cycle to typically 5%. Auto-                                                                                                                                                     E
restart continues to cycle until output voltage regulation is
again achieved.                                                                             voltage error signal.

Bandgap Reference                                                                           Cycle-By-Cycle Current Limit
All critical TOPSwitch internal voltages are derived from a                                 The cycle by cycle peak drain current limit circuit uses the
temperature-compensated bandgap reference. This reference                                   output MOSFET ON-resistance as a sense resistor. A current
is also used to generate a temperature-compensated current                                  limit comparator compares the output MOSFET ON-state drain-
source which is trimmed to accurately set the oscillator frequency                          source voltage, VDS(ON) with a threshold voltage. High drain
                                                                                            current causes V to exceed the threshold voltage and turns

                                                                                                                              DS(ON)

4  C
   12/97
                                                                                                      TOP221-227

VIN

             VIN

DRAIN

                 0

VOUT

                 0

IOUT                   12       812                                       81

              0                                                                                 VC(reset)

   VC

              0

                       12       812                                       81

IC 0                                                              

                    1           2                                             1                    3  1

                                                                                                         PI-2030-042397

Figure 6. Typical Waveforms for (1) Normal Operation, (2) Auto-restart, and (3) Power Down Reset.

the output MOSFET off until the start of the next clock cycle.       When the fault condition is removed, the power supply output
The current limit comparator threshold voltage is temperature        becomes regulated, VC regulation returns to shunt mode, and
compensated to minimize variation of the effective peak current      normal operation of the power supply resumes.
limit due to temperature related changes in output MOSFET
RDS(ON).                                                             Overtemperature Protection
                                                                     Temperature protection is provided by a precision analog
The leading edge blanking circuit inhibits the current limit         circuit that turns the output MOSFET off when the junction
comparator for a short time after the output MOSFET is turned        temperature exceeds the thermal shutdown temperature
on. The leading edge blanking time has been set so that current      (typically 135 C). Activating the power-up reset circuit by
spikes caused by primary-side capacitances and secondary-side        removing and restoring input power or momentarily pulling the
rectifier reverse recovery time will not cause premature             CONTROL pin below the power-up reset threshold resets the
termination of the switching pulse.                                  latch and allows TOPSwitch to resume normal power supply
                                                                     operation. VC is regulated in hysteretic mode and a 4.7 V to
The current limit can be lower for a short period after the leading  5.7 V (typical) sawtooth waveform is present on the CONTROL
edge blanking time as shown in Figure 12. This is due to             pin when the power supply is latched off.
dynamic characteristics of the MOSFET. To avoid triggering
the current limit in normal operation, the drain current waveform    High-voltage Bias Current Source
should stay within the envelope shown.                               This current source biases TOPSwitch from the DRAIN pin and
                                                                     charges the CONTROL pin external capacitance (C ) during
Shutdown/Auto-restart
To minimize TOPSwitch power dissipation, the shutdown/                                                                                                                            T
auto-restart circuit turns the power supply on and off at an auto-
restart duty cycle of typically 5% if an out of regulation           start-up or hysteretic operation. Hysteretic operation occurs
condition persists. Loss of regulation interrupts the external       during auto-restart and overtemperature latched shutdown.
current into the CONTROL pin. VC regulation changes from             The current source is switched on and off with an effective duty
shunt mode to the hysteretic auto-restart mode described above.      cycle of approximately 35%. This duty cycle is determined by
                                                                     the ratio of CONTROL pin charge (I ) and discharge currents

                                                                                                                                                 C

                                                                     (ICD1 and ICD2). This current source is turned off during normal
                                                                     operation when the output MOSFET is switching.

                                                                                                        5 C

                                                                                                      12/97
TOP221-227

                                                                         D2             L1
                                                                      UF5401          3.3H

          +                                                           C2                C3             +5V
                                                                                      100 F            RTN
                 R3             C1                                    330 F  VR1
                 47K          2.2 nF                                    10V             10V          +
                               1KV
                                                                                                     12V Non-Isolated
                         D1                                                                      R2
                      UF4005                                                                  100    -

   Wide-Range                                            T1             D3                                                              PI-2115-111797
     DC Input                  U1                                     IN4148 R1
                      D TOP221P
          -                                                                         10
                                            TOPSwitch-II
                                                                        C4       U2
                             CONTROL                                  100 F  PC817A
                                               C
                                                                       16V
                      S
                                                                         C5
                                                                       47 F
                                                                        10V

Figure 7. Schematic Diagram of a 4W TOPSwitch-II Stand-by Power Supply using an 8 lead PDIP.

Application Examples                                                  vary from 100V to 380V DC which corresponds to the full
                                                                      universal AC input range. The TOP221 is packaged in a 8 pin
Following are just two of the many possible TOPSwitch                 power dip package.
implementations. Refer to the Data Book and Design Guide for
additional examples.                                                  The output voltage (5V) is directly sensed by the zener diode
                                                                      (VR1) and the optocoupler (U2). The output voltage is determined
4W Stand-by Supply using 8 Lead PDIP                                  by the sum of the zener voltage and the voltage drop across the
                                                                      LED of the optocoupler (the voltage drop across R1 is negligible).
Figure 7 shows a 4W stand-by supply. This supply is used in           The output transistor of the optocoupler drives the CONTROL
appliances where certain stand-by functions (e.g. real time           pin of the TOP221. C5 bypasses the CONTROL pin and provides
clock, remote control port) must be kept active even while the        control loop compensation and sets the auto-restart frequency.
main power supply is turned off.
                                                                      The transformer's leakage inductance voltage spikes are snubbed
The 5V secondary is used to supply the stand-by function and          by R3 and C1 through diode D1. The bias winding is rectified
the 12V non-isolated output is used to supply power for the           and filtered by D3 and C4 providing a non-isolated 12V output
PWM controller of the main power supply and other primary             which is also used to bias the collector of the optocoupler's
side functions.                                                       output transistor. The isolated 5V output winding is rectified by
                                                                      D2 and filtered by C2, L1 and C3.
For this application the input rectifiers and input filter are sized
for the main supply and are not shown. The input DC rail may

6  C
   12/97
                                                                                                      TOP221-227

                                                                        VR1      D2                     L1              +12V
                                                                    P6KE200  MUR420                   3.3 H            RTN

                                                                       D1        C2                      C3
                                                                    BYV26C    330 F                  220 F

                                                                                35 V                    35 V

         L2      BR1                                                                       D3
      22 mH     400 V                                                                   1N4148

    C6                   C1                                                                  C4                  R1
0.1 F                47 F                                                               0.1 F              100
250 VAC                400 V                                                 T1
                                       U1
                                                                                                                 R2
                              D TOP224P                                                                        220

                                              TOPSwitch-II                                               U2
                                                                                                      PC817A
                                     CONTROL
                                                      C

                              S                                     R3

            F1                                                      6.8                                   C7      VR2
J1 3.15 A                                                                                                1 nF  1N5241B
L                                 C5                                                                  250 VAC
                                 47 F                                                                    Y1      11 V
N

                                                                                                                        PI-2019-033197

Figure 8. Schematic Diagram of a 20W Universal Input TOPSwitch-II Power Supply using an 8 lead PDIP.

20W Universal Supply using 8 Lead PDIP                                    leading-edge voltage spikes caused by transformer leakage
                                                                          inductance. The power secondary winding is rectified and
Figure 8 shows a 12V, 20 W secondary regulated flyback power              filtered by D2, C2, L1, and C3 to create the 12V output voltage.
supply using the TOP224P in an eight lead PDIP package and                R2 and VR2 provide a slight pre-load on the 12V output to
operating from universal 85 to 265 VAC input voltage. This                improve load regulation at light loads. The bias winding is
example demonstrates the advantage of the higher power 8 pin              rectified and filtered by D3 and C4 to create a TOPSwitch bias
leadframe used with the TOPSwitch-II family. This low cost                voltage. L2 and Y1-safety capacitor C7 attenuate common
package transfers heat directly to the board through six source           mode emission currents caused by high voltage switching
pins, eliminating the heatsink and the associated cost. Efficiency        waveforms on the DRAIN side of the primary winding and the
is typically 80% at low line input. Output voltage is directly            primary to secondary capacitance. Leakage inductance of L2
sensed by optocoupler U2 and Zener diode VR2. The output                  with C1 and C6 attenuates differential-mode emission currents
voltage is determined by the Zener diode (VR2) voltage and the            caused by the fundamental and harmonics of the trapezoidal or
voltage drops across the optocoupler (U2) LED and resistor R1.            triangular primary current waveform. C5 filters internal
Other output voltages are possible by adjusting the transformer           MOSFET gate drive charge current spikes on the CONTROL
turns ratio and value of Zener diode VR2.                                 pin, determines the auto-restart frequency, and together with
                                                                          R1 and R3, compensates the control loop.
AC power is rectified and filtered by BR1 and C1 to create the
high voltage DC bus applied to the primary winding of T1. The
other side of the transformer primary is driven by the integrated
TOPSwitch-II high-voltage MOSFET. D1 and VR1 clamp

                                                                                                                       7 C

                                                                                                                     12/97
  TOP221-227                                                                                                          Short interruptions of AC power may cause TOPSwitch to
                                                                                                                        enter the 8-count auto-restart cycle before starting again.
Key Application Considerations                                                                                          This is because the input energy storage capacitors are not
                                                                                                                        completely discharged and the CONTROL pin capacitance
General Guidelines                                                                                                      has not discharged below the internal power-up reset
                                                                                                                        voltage.
    Keep the SOURCE pin length very short. Use a Kelvin
     connection to the SOURCE pin for the CONTROL pin                                                                  In some cases, minimum loading may be necessary to keep
     bypass capacitor. Use single point grounding techniques at                                                         a lightly loaded or unloaded output voltage within the
     the SOURCE pin as shown in Figure 9.                                                                               desired range due to the minimum ON-time.

    Minimize peak voltage and ringing on the DRAIN voltage                                                        ReplacingTOPSwitch with TOPSwitch-II
     at turn-off. Use a Zener or TVS Zener diode to clamp the
     DRAIN voltage below the breakdown voltage rating of                                                           There is no external latching shutdown function in TOPSwitch-
     TOPSwitch under all conditions, including start-up and                                                        II. Otherwise, the functionality of the TOPSwitch-II devices is
     overload. The maximum recommended clamp Zener                                                                 same as that of the TOPSwitch family. However, before
     voltage for the TOP2XX series is 200V and the                                                                 considering TOPSwitch-II as a 'drop in' replacement in an
     corresponding maximum reflected output voltage on the                                                         existing TOPSwitch design, the design should be verified as
     primary is 135V. Please see Step 4: AN-16 in the Data                                                         described below.
     Book and Design Guide.
                                                                                                                   The new TOPSwitch-II family offers more power capability
    The transformer should be designed such that the rate of                                                      than the original TOPSwitch family for the same MOSFET
     change of drain current due to transformer saturation is                                                      RDS(ON). Therefore, the original TOPSwitch design must be
     within the absolute maximum specification (ID in 100ns                                                        reviewed to make sure that the selected TOPSwitch-II
     before turn off as shown in Figure 13). As a guideline, for                                                   replacement device and other primary components are not over
     most common transformer cores, this can be achieved by                                                        stressed under abnormal conditions.
     maintaining the Peak Flux Density (at maximum Ilimit
     current) below 4200 Gauss (420mT). The transformer                                                            The following verification steps are recommended:
     spreadsheets Rev. 2.1 (or later) for continuous and Rev.1.0
     (or later) for discontinuous conduction mode provide the                                                          Check the transformer design to make sure that it meets the
     necessary information.                                                                                             ID specification as outlined in the General Guidelines
                                                                                                                        section above.
    Do not plug TOPSwitch into a "hot" IC socket during test.
     External CONTROL pin capacitance may be charged to                                                                Thermal: Higher power capability of the TOPSwitch-II
     excessive voltage and cause TOPSwitch damage.                                                                      would in many instances allow use of a smaller MOSFET
                                                                                                                        device (higher RDS(ON)) for reduced cost. This may affect
    While performing TOPSwitch device tests, do not exceed                                                             TOPSwitch power dissipation and power supply efficiency.
     maximum CONTROL pin voltage of 9 V or maximum                                                                      Therefore thermal performance of the power supply must
     CONTROL pin current of 100 mA.                                                                                     be verified with the selected TOPSwitch-II device.

    Under some conditions, externally provided bias or supply                                                         Clamp Voltage: Reflected and Clamp voltages should be
     current driven into the CONTROL pin can hold the                                                                   verified not to exceed recommended maximums for the
     TOPSwitch in one of the 8 auto-restart cycles indefinitely                                                         TOP2XX Series: 135V Reflected/200V Clamp. Please see
     and prevent starting. To avoid this problem when doing                                                             Step 4: AN-16 in the Data Book and Design Guide and
     bench evaluations, it is recommended that the V power                                                              readme.txt file attached to the transformer design
                                                                                                                        spreadsheets.
                                                                                                                C
                                                                                                                      Agency Approval: Migrating to TOPSwitch-II may require
     supply be turned on before the DRAIN voltage is applied.                                                           agency re-approval.
     TOPSwitch can also be reset by shorting the CONTROL
     pin to the SOURCE pin momentarily.

    CONTROL pin currents during auto-restart operation are
     much lower at low input voltages (< 36 V) which increases
     the auto-restart cycle time (see the IC vs. DRAIN Voltage
     Characteristic curve).

8  C
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                                                                                                       TOP221-227

                                                  TO-220 PACKAGE

Bias/Feedback      High Voltage                             Kelvin-connected                           Do not bend SOURCE pin.
     Return            Return                     auto-restart/bypass capacitor C5                     Keep it short.

               CS  D                                and/or compensation network                                 Bend DRAIN pin
                                                                                                                forward if needed
                                                                                 C5             DRAIN           for creepage.
                                                  PC Board                                SOURCE
                                                                                     CONTROL              High-voltage Return

Bias/Feedback

Input

                   Kelvin-connected

                   auto-restart/bypass

                              capacitor C5
               C5 and/or compensation Bias/Feedback Input

                                         network  Bias/Feedback Return

               TOP VIEW

                                                  DIP-8/SMD-8 PACKAGE

                   Bias/Feedback                                                     SOURCE
                        Return
                                                                                     High Voltage
                            SOURCE                                                       Return

                                    C5

                                         CONTROL                DRAIN

                                                  Kelvin-connected

                   Bias/Feedback                  auto-restart/bypass capacitor C5
                          Input                     and/or compensation network

                                                  TOP VIEW                                             PI-2021-041798

Figure 9. Recommended TOPSwitch Layout.

Design Tools                                                    All data sheets, application literature and up-to-date versions of
                                                                the Transformer Design Spreadsheets can be down loaded from
The following tools available from Power Integrations greatly   our web site at www.powerint.com. A diskette of the
simplify TOPSwitch based power supply design.                   Transformer Design Spreadsheets may also be obtained by
                                                                sending in the completed form provided at the end of this data
    Data Book and Design Guide includes extensive application  sheet.
     information

    Excel Spreadsheets for Transformer Design - Use of this
     tool is strongly recommended for all TOPSwitch designs.

    Reference design boards Production viable designs that
     are assembled and tested.

                                                                                                         9 C

                                                                                                       12/97
TOP221-227

                                        ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS1

DRAIN Voltage ............................................ -0.3 to 700 V     Operating Junction Temperature(3) ................ -40 to 150 C
                                                                             Lead Temperature(4) ................................................ 260 C
DRAIN Current Increase (ID) in 100 ns except during                          Thermal Impedance: Y Package (JA)(5) .................70 C/W

blanking time ......................................... 0.1 x I       (2)                                            (JC)(6) ...................2 C/W
                                                                                                       P/G Package:
                                                               LIMIT(MAX)
                                                                                                             (JA) .........45 C/W(7); 35 C/W(8)
CONTROL Voltage ..................................... - 0.3 V to 9 V                                         (JC)(6)...............................5 C/W
                                                                             5. Free standing with no heatsink.
CONTROL Current ...............................................100 mA
                                                                             6. Measured at tab closest to plastic interface or source pin.
Storage Temperature ..................................... -65 to 125 C
                                                                             7. Soldered to 0.36 sq. inch (232 mm2), 2 oz. (610 gm/m2) copper clad.
Notes:
                                                                             8. Soldered to 1 sq. inch (645 mm2), 2 oz. (610 gm/m2) copper clad.
1.  All  voltages   referenced  to  SOURCE,  T     =  25         C.
                                                A

2. Related to transformer saturation see Figure 13.

3. Normally limited by internal circuitry.

4. 1/16" from case for 5 seconds.

    Parameter       Symbol                         Conditions                     Min Typ Max              Units

                                           (Unless Otherwise Specified)
                                                     See Figure 14

                                        SOURCE = 0 V; Tj = -40 to 125 C

CONTROL FUNCTIONS

Output                          fOSC                  IC = 4 mA, Tj = 25 C       90           100 110     kHz
Frequency

Maximum                         DMAX         IC = ICD1 + 0.4 mA, See Figure 10    64           67     70   %
Duty Cycle

Minimum                         DMIN               IC = 10 mA, See Figure 10      0.7          1.7    2.7  %
Duty Cycle
                                                      I = 4 mA, T = 25 C
PWM                                                              C           j    -21 -16 -11              %/mA
Gain
                                                                    See Figure 4

PWM Gain                                                              See Note A               -0.05       %/mA/C
Temperature Drift

External                            IB                     See Figure 4           0.8          2.0    3.3  mA
Bias Current
                                                      IC = 4 mA, Tj = 25 C
Dynamic                         ZC                        See Figure 11           10           15     22   
Impedance

Dynamic Impedance                                                                              0.18        %/C
Temperature Drift

SHUTDOWN/AUTO-RESTART

CONTROL Pin                         IC                           Tj = 25 C       VC = 0 V -2.4 -1.9 -1.2   mA
Charging Current                                                                                           %/C
                                                                                  VC = 5 V -2  -1.5 -0.8

Charging Current                                                      See Note A               0.4
Temperature Drift

10 C
             12/97
                                                                                    TOP221-227

Parameter           Symbol             Conditions            Min Typ Max                 Units

                               (Unless Otherwise Specified)                                  V
                                         See Figure 14                                       V
                                                                                             V
                            SOURCE = 0 V; Tj = -40 to 125C                                 %
                                                                                            Hz
SHUTDOWN/AUTO-RESTART (cont.)
                                                                                             A
Auto-restart        VC(AR)             S1 open                                 5.7
Threshold Voltage                                                                            A
                                                                                            ns
UV Lockout                             S1 open               4.4               4.7  5.0
Threshold Voltage

Auto-restart                           S1 open               0.6               1.0
Hysteresis Voltage
                            S1 open             TOP221-222   2                 5    9
Auto-restart
Duty Cycle                                      TOP223-227   2                 5    8

Auto-restart                           S1 open                                 1.2
Frequency

CIRCUIT PROTECTION

                            di/dt = 40 mA/s,      TOP221Y 0.23 0.25 0.28
                                 Tj = 25C         TOP221P

                            di/dt = 80 mA/s,      TOP222Y
                                                                     0.45 0.50 0.55
                                 Tj = 25C
                                                   TOP222P

                            di/dt = 160 mA/s,     TOP223Y
                                                                     0.90 1.00 1.10
                            T     =  25C
                               j                   TOP223P

Self-protection     I       di/dt = 240 mA/s,     TOP224Y
Current Limit
                     LIMIT                                   1.35 1.50 1.65
Initial Current
Limit                       T     =  25C          TOP224P
Leading Edge                   j
Blanking Time
                            di/dt = 320 mA/s,     TOP225Y
                                  Tj = 25C                          1.80 2.00 2.20

                            di/dt = 400 mA/s,     TOP226Y
                                  Tj = 25C                          2.25 2.50 2.75

                            di/dt = 480 mA/s,     TOP227Y
                                 Tj = 25C                           2.70 3.00 3.30

                                                 85 VAC      0.75 x

                    I       See Figure 12 (Rectified Line Input) ILIMIT(MIN)

                     INIT

                            Tj = 25C           265 VAC      0.6 x

                                           (Rectified Line Input) ILIMIT(MIN)

                    t                  IC = 4 mA,                              180

                       LEB             T = 25C

                                       j

                                                                                           11 C

                                                                                         12/97
TOP221-227

                               Conditions

Parameter           Symbol        (Unless Otherwise Specified)    Min  Typ Max    Units
                                            See Figure 14
                                                                                     ns
                               SOURCE = 0 V; Tj = -40 to 125 C                      C
                                                                                      V
CIRCUIT PROTECTION (cont.)
                                                                                    
Current Limit       tILD       I = 4 mA                                100
Delay                                                                                A
                                C                                                     V
                                                                                     ns
Thermal Shutdown               IC = 4 mA                          125  135           ns
Temperature

Power-up Reset      VC(RESET)  S2 open                            2.0  3.3  4.3
Threshold Voltage

OUTPUT

                                 TOP221     Tj = 25 C                 31.2 36.0
                               ID = 25 mA   Tj = 100 C
                                 TOP222                                51.4 60.0
                               I = 50 mA
                                            Tj = 25 C                 15.6 18.0
                                 D
                                            T     =  100      C       25.7 30.0
                                 TOP223        j
                               I = 100 mA
                                            T     =  25  C            7.8  9.0
                                D              j

                                 TOP224     T     =  100      C       12.9 15.0
                               ID = 150 mA     j

ON-State            R            TOP225     T     =  25  C            5.2  6.0
Resistance             DS(ON)  ID = 200 mA     j

                                 TOP226     Tj = 100 C                8.6 10.0

                                            Tj = 25 C                 3.9  4.5

                                            Tj = 100 C                6.4  7.5

                                            Tj = 25 C                 3.1  3.6

                               ID = 250 mA  Tj = 100 C                5.2  6.0

                               TOP227       Tj = 25 C                 2.6  3.0

                               ID = 300 mA  Tj = 100 C                4.3  5.0

OFF-State            IDSS      See Note B
Current             BV
                               VDS = 560 V, TA = 125 C                     250
Breakdown                 DSS
Voltage                        See Note B
                       tr
Rise                   t       ID = 100 A, TA = 25 C            700
Time
                          f    Measured in a Typical Flyback           100
Fall                             Converter Application.                50
Time

12 C
             12/97
                                                                                                      TOP221-227

Parameter          Symbol                                            Conditions             Min Typ Max    Units

                                                             (Unless Otherwise Specified)                      V
                                                                       See Figure 14                           V
                                                                                                           ppm/C
                                                          SOURCE = 0 V; Tj = -40 to 125 C                   mA

OUTPUT (cont.)

DRAIN Supply                                                      See Note C                36
Voltage

Shunt Regulator    VC(SHUNT)                                      I = 4 mA                  5.5  5.7  6.0
Voltage
                                                                   C

Shunt Regulator                                                                                  50
Temperature Drift

                              I                           Output  TOP221-224                0.6  1.2  1.6

                                                     CD1  MOSFET Enabled TOP225-227         0.7  1.4  1.8

CONTROL Supply/                                           Output MOSFET Disabled            0.5  0.8  1.1
Discharge Current

                              I

                                                     CD2

NOTES:
A. For specifications with negative values, a negative temperature coefficient corresponds to an increase in

   magnitude with increasing temperature, and a positive temperature coefficient corresponds to a decrease in
   magnitude with increasing temperature.

B. The breakdown voltage and leakage current measurements can be accomplished as shown in Figure 15 by using
   the following sequence:

   i. The curve tracer should initially be set at 0 V. The base output should be adjusted through a voltage sequence
       of 0 V, 6.5 V, 4.3 V, and 6.5 V, as shown. The base current from the curve tracer should not exceed 100 mA. This
       CONTROL pin sequence interrupts the Auto-restart sequence and locks the TOPSwitch internal MOSFET in the
       OFF State.

   ii. The breakdown and the leakage measurements can now be taken with the curve tracer. The maximum
       voltage from the curve tracer must be limited to 700 V under all conditions.

C. It is possible to start up and operate TOPSwitch at DRAIN voltages well below 36 V. However, the CONTROL pin
   charging current is reduced, which affects start-up time, auto-restart frequency, and auto-restart duty cycle. Refer
   to the characteristic graph on CONTROL pin charge current (I ) vs. DRAIN voltage for low voltage operation

                                                                                                                                                    C

   characteristics.

                                                                                                             13 C

                                                                                                           12/97
TOP221-227

                                                                                                                   120                              PI-1939-091996

                                                                                         CONTROL Pin Current (mA)  100

                                                                                                                   80

                                                            t2

                                      t1                                                                           60

                            HV   90%                                     90%

                                                                                                                   40

  DRAIN                                                       D = t1                                                        Dynamic   =    1
VOLTAGE                                                              t2                                                    Impedance     Slope
                                                                                                                   20
         0V                               10%
                                                                                                                   0

                                                                                                                        0  2             4      6  8 10

                                                                PI-2039-043097                                             CONTROL Pin Voltage (V)

Figure 10. TOPSwitch Duty Cycle Measurement.                                             Figure 11. TOPSwitch CONTROL Pin I-V Characteristic.

                            1.3       tLEB (Blanking Time)               PI-2022-040397

DRAIN Current (normalized)  1.2

                            1.1

                            1

                            0.9                                                                                                                              100 nS
                                                                                                                                         tLEB
                            0.8       IINIT(MIN) @ 85VAC
                            0.7                                                                                                                                                 ID

                            0.6       IINIT(MIN) @ 265VAC

                            0.5                                                            DRAIN
                                                                                         CURRENT
                            0.4       ILIMIT(MAX) @ 25 C

                            0.3       ILIMIT(MIN) @ 25 C

                            0.2

                            0.1

                            0                                                                 0A
                                 0 1 23 45 678
                                                                                                                                                                                             PI-2031-042397
                                          Time (us)
                                                                                         Figure 13. Example of ID on Drain Current Waveform with
Figure 12. Self-protection Current Limit Envelope.                                                    Saturated Transformer.

14 C
             12/97
                                                                                    TOP221-227

                                                           470

                                                           5W                   S2

              D

TOPSwitch        CONTROL                                                  470
                                  C                        S1

              S                                                        0-50 V             40 V

                                            0.1 F  47 F

NOTES: 1. This test circuit is not applicable for current limit or output characteristic measurements.

2. For P package, short all SOURCE and SOURCE (HV RTN) pins together.                     PI-1964-110696

Figure 14. TOPSwitch General Test Circuit.

                                                                                  Curve
                                                                                  Tracer

                                                           CB E

           D

TOPSwitch        CONTROL
                                  C

           S

                                                    6.5V
                                                    4.3V

                                                 NOTE: This CONTROL pin sequence interrupts the Auto-restart sequence and
                                                           locks the TOPSwitch internal MOSFET in the OFF State.

                                                                                                                                                                                                                                             PI-2109-092397

Figure 15. Breakdown Voltage and Leakage Current Measurement Test Circuit.

                                                                                            15 C

                                                                                          12/97
TOP221-227

BENCH TEST PRECAUTIONS FOR EVALUATION OF ELECTRICAL CHARACTERISTICS

The following precautions should be followed when testing        Auto-restart mode, there is only a 12.5% chance that the control
TOPSwitch by itself outside of a power supply. The schematic     pin oscillation will be in the correct state (DRAIN active state)
shown in Figure 14 is suggested for laboratory testing of        so that the continuous DRAIN voltage waveform may be
TOPSwitch.                                                       observed. It is recommended that the VC power supply be
                                                                 turned on first and the DRAIN power supply second if continuous
When the DRAIN supply is turned on, the part will be in the      drain voltage waveforms are to be observed. The 12.5% chance
Auto-restart mode. The CONTROL pin voltage will be               of being in the correct state is due to the 8:1 counter. Temporarily
oscillating at a low frequency from 4.7 to 5.7 V and the DRAIN   shorting the CONTROL pin to the SOURCE pin will reset
is turned on every eighth cycle of the CONTROL pin oscillation.  TOPSwitch, which then will come up in the correct state.
If the CONTROL pin power supply is turned on while in this

Typical Performance CharacteristicsBreakdown Voltage (V)       PI-176B-051391                                   FREQUENCY vs. TEMPERATURE                      PI-1123A-060794
  (Normalized to 25C)
          BREAKDOWN vs. TEMPERATURE                                                      Output Frequency         1.2
                                                                                            (Normalized to 25C)
                 1.1                                                                                              1.0

                 1.0                                                                                              0.8

                 0.9                                                                                              0.6
                      -50 -25 0 25 50 75 100 125 150
                          Junction Temperature (C)                                                               0.4

                                                                                                                  0.2

                                                                                                                   0
                                                                                                                       -50 -25 0 25 50 75 100 125 150
                                                                                                                             Junction Temperature (C)

Current Limit         CURRENT LIMIT vs. TEMPERATURE            PI-1125-041494                                           IC vs. DRAIN VOLTAGE   PI-1145-103194
  (Normalized to 25C)
                           1.2                                                           CONTROL Pin                 2
                                                                                             Charging Current (mA)            VC = 5 V
                           1.0
                                                                                                                    1.6
                           0.8
                                                                                                                    1.2
                           0.6
                                                                                                                    0.8
                           0.4
                                                                                                                    0.4
                           0.2
                                                                                                                    0
                            0
                                -50 -25 0 25 50 75 100 125 150                                                           0  20 40 60 80 100
                                      Junction Temperature (C)
                                                                                                                            DRAIN Voltage (V)

16 C
             12/97
                                                                                                                                                                                   TOP221-227

Typical Performance Characteristics (cont.)                                                                      COSS vs. DRAIN VOLTAGE

            OUTPUT CHARACTERISTICS                                                                            1000

                 3                                                                                                                                                       Scaling Factors:

                                          TCASE=25C
                                          TCASE=100C

                 2
DRAIN Current (A)                                        PI-1940-0900396                                                                                                           TOP227 1.00   PI-1941-090396
                                                                                                                                                                                   TOP226 0.83
                                                                                      DRAIN Capacitance (pF)  100                                                                  TOP225 0.67
                                                                                                                                                                                   TOP224 0.50
                                                                                                                                                                                   TOP223 0.33
                                                                                                                                                                                   TOP222 0.17
                                                                                                                                                                                   TOP221 0.09

                   1                Scaling Factors:

                   0                  TOP227 1.00
                        0             TOP226 0.83
                                      TOP225 0.67
                                      TOP224 0.50
                                      TOP223 0.33
                                      TOP222 0.17
                                      TOP221 0.09

                           2  4  6               8       10                                                   10                                                              200  400           600
                                                                                                                   0

                              DRAIN Voltage (V)                                                                                                                               DRAIN Voltage (V)

                                                 DRAIN CAPACITANCE POWER

                                                 500
                                    Power (mW)
                                                                                                                                                              PI-1942-090396Scaling Factors:

                                                 400     TOP227 1.00
                                                 300     TOP226 0.83
                                                         TOP225 0.67
                                                         TOP224 0.50
                                                         TOP223 0.33
                                                         TOP222 0.17
                                                         TOP221 0.09

                                                 200

                                                 100

                                                 0           200           400                                     600
                                                      0

                                                             DRAIN Voltage (V)

                                                                                                                                                                                                   17 C

                                                                                                                                                                                                 12/97
  TOP221-227
            Free TOPSwitch Flyback Transformer Design Spreadsheets

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End Application:____________________________________________________________________________________________
Power Requirement:_________________________________________________________________________________________
Input Voltage:____________________________________________________________________________________________
Estimated Design Completion Date:___________________________________________________________________________
Power supply that I am designing is

   t the end product of my company
   t is incorporated as part of an end product. If so, please specify the end product_____________________________________
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Free Flyback Transformer Design Spreadsheet Program Offer
Power Integrations, Inc.
477 N. Mathilda Avenue
Sunnyvale, CA 94086
Attn: Customer Service
Fax: 408-523-9365

18 C
               12/97
                                                                                                                          TOP221-227

P08A                                                                                                                       Plastic DIP-8

DIM inches  mm                                                  D S .004 (.10)                                                N

                                                       8                           5                                          Q
                                                                                                                              P
   A 0.370-0.385 9.40-9.78                                                                       -E-
                                                                                                                                                        PI-2076-031197
   B 0.245-0.255 6.22-6.48                                                                           B
                                                                                                                          Plastic SMD-8
   C 0.125-0.135 3.18-3.43                             1                                      4
                                                                                                                                                       K
   G 0.015-0.040 0.38-1.02                                      A                                       -D-               .004 (.10)

   H 0.120-0.135 3.05-3.43                                   M     J1                                                                     H
                                                                                                                                                        PI-2077-071597
  J1 0.060 (NOM) 1.52 (NOM)                                                                          C
                                                                                                                                         19 C
  J2 0.014-0.022 0.36-0.56                                                                              -F-
                                                                                                                                                        12/97
   K 0.010-0.012 0.25-0.30                      G                                                H             K

   L 0.090-0.110 2.29-2.79                                                                J2
                                                    L
   M 0.030 (MIN) 0.76 (MIN)

   N 0.300-0.320 7.62-8.13

   P 0.300-0.390 7.62-9.91

   Q 0.300 BSC 7.62 BSC

Notes:
1. Package dimensions conform to JEDEC
specification MS-001-AB for standard dual
in-line (DIP) package .300 inch row spacing
(PLASTIC) 8 leads (issue B, 7/85)..
2. Controlling dimensions are inches.
3. Dimensions shown do not include mold
flash or other protrusions. Mold flash or
protrusions shall not exceed .006 (.15) on
any side.
4. D, E and F are reference datums on the
molded body.

G08A

DIM inches  mm                                               D S .004 (.10)

                                             -E-    8                           5

A 0.370-0.385 9.40-9.78

B 0.245-0.255 6.22-6.48

C 0.125-0.135 3.18-3.43

G 0.004-0.012 0.10-0.30

H 0.036-0.044 0.91-1.12                      B                                                       P E S .010 (.25)

J1 0.060 (NOM) 1.52 (NOM)

J2 0.048-0.053 1.22-1.35

J3 0.032-0.037 0.81-0.94

J4 0.007-0.011 0.18-0.28

K 0.010-0.012 0.25-0.30                             1                           4

                                                          L

L 0.100 BSC 2.54 BSC                                            A                                       -D-

M 0.030 (MIN) 0.76 (MIN)                                  M        J1

P 0.372-0.388 9.45-9.86

      0-8  0-8

Notes:                                                                                           C
1. Package dimensions conform to JEDEC
specification MS-001-AB (issue B, 7/85)                                                                 -F-
except for lead shape and size.
2. Controlling dimensions are inches.           J3                                               J4                    G
3. Dimensions shown do not include mold
flash or other protrusions. Mold flash or                                    J2 .010 (.25) M A S
protrusions shall not exceed .006 (.15) on
any side.
4. D, E and F are reference datums on the
molded body.
TOP221-227

Y03A                                                                                                                    Plastic TO-220/3

DIM                 inches        mm

      A       .460-.480 11.68-12.19                                                                      J
                                                                                                                     K
      B       .400-.415 10.16-10.54                                          B
                                                               C
      C       .236-.260     5.99-6.60
                                                                       O
      D .240 - REF. 6.10 - REF.                                                       P
                                                  N                                       A
      E       .520-.560 13.21-14.22                                                                                     Notes:
                                                               D
                                                        E                                                               1. Package dimensions conform to

      F       .028-.038           .71-.97                                                                               JEDEC specification TO-220 AB for

                                                                                                                        standard flange mounted, peripheral

      G       .045-.055     1.14-1.40                                                                                   lead package; .100 inch lead spacing

      H       .090-.110     2.29-2.79                                                                                   (Plastic) 3 leads (issue J, March 1987)

                                                                                                                        2. Controlling dimensions are inches.

      J       .165-.185     4.19-4.70                                                                                   3. Pin numbers start with Pin 1, and

                                                                                                                        continue from left to right when

      K       .045-.055     1.14-1.40                                                                                   viewed from the top.

                            2.41-2.92                                                                                   4. Dimensions shown do not include

      L       .095-.115                                                                                    L            mold flash or other protrusions. Mold
                                                                                                                        flash or protrusions shall not exceed
      M       .015-.020           .38-.51
                                                                                                                        .006 (.15 mm) on any side.

      N       .705-.715 17.91-18.16                                                                                     5. Position of terminals to be

                                                                                                                        measured at a position .25 (6.35 mm)

      O       .146-.156     3.71-3.96                                                                                   from the body.

      P       .103-.113     2.62-2.87                                                                                   6. All terminals are solder plated.

                                                                     F                              M

                                                                        G

                                                                                H

                                                                                                                                              PI-1848-050696

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20 C
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