2024年2月19日发(作者：)

离线式开关电源开关芯片 SM8002C

离线式开关电源开关芯片

一、概述：

SM8002C

SM8002C是一个电流模式的PWM离线式开关电源开关芯片。它的待机功耗小，具有过流保护功能和欠压保护功能，在系统短路的情况下，芯片内部的定时电路开始工作，让整个系统工作在“打嗝”模式，同时监测系统工作的状态，直到系统恢复正常为止。开关频率为100KHz，在实际工作过程中，为了降低整个系统的EMI，芯片会在±2KHz范围内自动调整开关频率。

二、特色说明：

1. 外围电路元件少，成本低

2. 较低的待机功耗

3. 过流和欠压保护

4. 内部定时功能

5. 电流模式的PWM

6. 短路“打嗝”保护

7. 封装格式：HDIP4

8. 输出功率：15W以内（带散热片的情况下，可以达到20W）

9. 开关频率：100KHz

三、应用：

1. 各种电池充电器

2. DVD、VCD、机顶盒等各种电源

3. 通用离线式开关电源系统

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离线式开关电源开关芯片 SM8002C

四、内部功能简单框图：

图一：芯片内部功能框图。

五、封装示意图

HDIP4

图二

六、管脚说明

名称 功能说明

VDD 芯片控制部分电源。在过流或者短路保护状态时，不断地复位启动，起到保护作用。

GND 芯片地

SWO PWM波形输出口

SWI PWM波形输入口

DRAIN 驱动脚

Vstart 芯片启动电压输入口，正常工作之后，为芯片提供额外的电流

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离线式开关电源开关芯片 SM8002C

七、元件参数

极限参数（TA= 25℃）

符号

Vstart

VDD

Ivdd

Vdrain

Idrain

Tj

Tstg

说明 范围 单位

芯片启动脚 25 V

芯片控制电源电压 -0.3——6 V

芯片控制电源电流 20 mA

驱动电压 700 V

驱动电流 3 A

结温 -40——150

存储温度 -55——150

℃

℃

八、电气工作参数

（除非特殊说明，下列条件均为Vvdd=4V，Tj=25℃）

符号 说明 条件

最小

范围

典型 最大

单位

VVstart Vstart启动电压

VDD=3.36V

15Ω上拉电阻15Ω上拉电阻

10 V

4.65 4.95 5.10 V

3.32 3.35 3.50 V

0.3 0.4 0.7 mA

90 100 110 KHz

0.8 A

75 %

3 %

10 ns

17 ns

20 uA

700 V

0.65 S

VDDstart VDD启动电压

VDDclose VDD关断电压

Ivdd VDD工作电流

Fsw PWM开关频率

ILIM Drain限制电流

Dmax PWM最大占空比

Dmin PWM最小占空比

Tr

Tf

Idrain-off

Vdrain

Tdelay

SW上升沿时间

SW下降沿时间

Drain关断漏电流

驱动电压

内部定时时间

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九、功能表述

图三：实际应用的简易电路图

1、上电开始阶段：

电源上电后，VIN（DC）电压上升，系统通过R1和R2向start脚充电， start脚电压随之上升，当Vstart电压上升到10V启动电压时，芯片工作进入VDD充电阶段；

2、VDD充电阶段：

Vstart电压上升到10V启动电压后，芯片内部集成的开关（连接于start脚与VDD脚之间）导通，系统通过start脚和集成开关向VDD脚充电，VDD电压上升，当VDD电压达到5V的时候，芯片进入内部定时电路工作阶段；

3、内部定时电路工作阶段：

当VDD电压达到5V的时候，芯片内部的定时电路开启，由于充电开关仍然导通，VDD脚继续充电（实际上内部定时电路工作阶段可以看作VDD充电阶段的一部分），由于内部的稳压作用，VDD电压最终达到5.6V，定时电路在开启0.65秒之后结束工作，芯片进入VDD放电阶段；

4、VDD放电阶段：

定时电路结束工作后，芯片内部集成充电开关关断，由于芯片内部电流消耗，VDD电压下降，当降到4.8V的时候，芯片进入了PWM工作模式；

5、PWM工作模式：

当VDD电压在3.35—4.8V之间时，芯片工作在PWM工作模式， SW口有PWM波形输出，SW波形的占空比随VDD电压的变化而变化；

6、PWM关断模式：

当VDD电压高于4.8V或低于3.35V时，芯片的PWM关断，SW口没有波形输出。

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上电过程中各点波形如图四：

图四

当Vin（高直流电压）上电之后，首先通过Vstart脚使Vsw和VDD的电压逐渐上升，当VDD上升到5V，内部定时器开始工作，同时电压上升，由于内部稳压管作用，电压最终到5.6V；0.65秒之后（就是图中的t），定时器结束，同时内部开关关断，由于电流消耗，VDD下降，下降到4.8V，Vsw出现PWM波形，这个时候会在变压器的输出端输出一定的电压，经整流和滤波后在输出端有输出电压Vout； Vout电压逐渐上升，当上升到设计值，系统通过光耦对VDD做一次很小的电压调整，然后出现平稳，Vsw的波形也趋向平稳。

十、应用电路

下面的电路图为常用的5V输出开关电源电路。在具体PCB Layout要注意的是，就是C5 104瓷片电容要尽量靠近芯片。

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该电路特性：

空载或者小负载：由于负载耗电小，DC输出端的电压稍微高于额定电压时，光藕打开，系统通过光耦对芯片充电，VDD的电压上升。当VDD电压上升到4.8V，芯片的PWM关断，负载电压由于电流消耗会逐渐下降，直到光藕关断，同时VDD也会随着电流消耗也逐渐下降，当下降到4.8V，PWM开启，负载电压也跟着上升，然后不断的重复上述过程。这种工作状态，可以保证在空载或者小负载的情况，系统有较低的功耗。

中等负载或者满负载：当负载增大到某种程度，也就是说，对芯片充电保持到了某种平衡，VDD电压几乎不变（<4.8V），这个时候，PWM一直启动，只是随着负载的增大，PWM的占空比逐渐增大，VDD电压逐渐下降直到3.35V。

短路或者大负载：当负载增大到某种程度或者直接短路，由于VDD电压下降到了3.35V，这个时候，芯片系统关闭，需要重新启动，由于Vstart脚存在电压，芯片又重新启动，但由于负载的原因，芯片还是会关闭。这样不断的重复，直到负载正常，芯片就能恢复正常（图五）。这种工作状态，可以保障系统在非正常的情况下，保护电源系统，降低非正常功耗。

图五

V1为VDD启动电压（4.8V），V3 为VDD关闭电压（3.35V）。图中的t为延时时间（0.65秒）.另外，在芯片短路过程中，最好放电的时间要短(就是V1到V3的时间)，一般小于30ms,这个时间可以通过调整C4,R5来实现

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十一、 正常工作情况下，关键管脚波形

没有负载的情况下

交流110VAC，SW脚电压波形 交流220VAC，SW脚电压波形

交流110VAC，SW脚电流波形

交流110VAC，DRAIN脚电流波形

交流220VAC，SW脚电流波形

交流220VAC，DRAIN脚电流波形

8

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小负载的情况下

交流110VAC，SW脚电压波形 交流220VAC，SW脚电压波形

交流110VAC，SW脚电流波形

交流110VAC，DRAIN脚电流波形

交流220VAC，SW脚电流波形

交流220VAC，DRAIN脚电流波形

9

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满负荷的情况下

交流110VAC，SW脚电压波形 交流220VAC，SW脚电压波形

交流110VAC，SW脚电流波形

交流110VAC，DRAIN脚电流波形

交流220VAC，SW脚电流波形

交流220VAC，DRAIN脚电流波形

10

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十二、 实际应用范例

DVD应用电路（驱动LED），电路原理图如下。

该电路的电源输出有：＋5V、＋12V、－12V。总功率最大为12W。该变压器使用的是EEL19骨架，变压器参数如下；

变压器原理图

骨架示意图 变压器绕组顺序

变压器绕组参数（初级绕组1—3之间的电感量为：1.5mH，两边留有气隙D:2mm）

第一绕组

第二绕组

第三绕组

第四绕组

第五绕组

第六绕组

管脚次序

1——2

9——6

9——7

10——9

2——3

5——4

匝数

41

5

12

12

41

14

线经（mm）0.25×1

0.50×3

0.25×1

0.25×1

0.25×1

0.25×1

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12

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DVD应用电路（驱动LED）元件清单：

标号

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9

C10

C11

C12

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

数值

0.1uf

22uf/400V

10uf/25V

4.7uf/25V

0.1uf

说明

X2电容

电解电容

电解电容

电解电容

瓷片电容

标号

D8

D9

L1

LF

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

R9

U1

U2

U3

ZD1

FUSE

数值

FR104

FR104

10uh

80mh

1MΩ

100Ω

100Ω

47KΩ

330Ω

120Ω

5.1KΩ

120KΩ

5.1KΩ

SM8002C

PC817B

TL431

15V

1A250VAC

说明

快速二极管

快速二极管

定制

定制UU10.5

1/2W

1/2W

1/4W

1W

1/4W

1/4W

%1 1/4W

1/4W

%1 1/4W

%1

1/2W

0.01uf/1KV 瓷片电容

470pf

0.1uf

470uf/10V

470uf/10V

220uf/25V

220uf/25V

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

FR107

FR104

SR360

Y1电容

瓷片电容

电解电容

电解电容

电解电容

电解电容

整流二极管

整流二极管

整流二极管

整流二极管

快速二极管

快速二极管

快速二极管

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DVD应用电路（驱动VFD），电路原理图如下。

该电路的电源输出有：＋5V、＋12V、－12V、－23V、F＋、F－。总功率最大为12W。该变压器使用的是EEL19骨架，变压器参数如下；

变压器原理图

骨架示意图 变压器绕组顺序

变压器绕组参数（初级绕组1—3之间的电感量为：1.5mH，两边留有气隙D:2mm）

第一绕组

第二绕组

第三绕组

第四绕组

第五绕组

第六绕组

第七绕组

管脚次序

1——2

9——6

9——7

10——9

12——11

2——3

5——4

匝数

41

5

12

23

3

41

14

线经（mm）0.25×1

0.50×3

0.25×1

0.25×1

0.25×1

0.25×1

0.25×1

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离线式开关电源开关芯片 SM8002C

DVD应用电路（驱动VFD）元件清单：

标号

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9

C10

C11

C12

C13

C14

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

D8

D9

数值

0.1uf

22uf/400V

10uf/25V

4.7uf/25V

0.1uf

说明

X2电容

电解电容

电解电容

电解电容

瓷片电容

标号

D10

L1

LF

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

R9

R10

R11

R12

R13

U1

U2

U3

FUSE

ZD1

ZD2

数值

FR104

10uh

80mh

1MΩ

100Ω

100Ω

47KΩ

330Ω

120Ω

5.1KΩ

120KΩ

5.1KΩ

330Ω

1KΩ

10KΩ

3Ω

SM8002C

PC817B

TL431

1A250VAC15V

12V

说明

快速二极管

定制

定制UU10.5

1/2W

1/2W

1/4W

1W

1/4W

1/4W

精度%1 1/4W

1/4W

精度%1 1/4W

1/4W

1/4W

1/4W

1/2W

精度%1

1/2W

1/2W

0.01uf/1KV 瓷片电容

470pf

0.1uf

470uf/10V

470uf/10V

220uf/25V

220uf/35V

220uf/25V

4.7uf/25V

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

FR107

FR104

SR360

FR104

FR104

Y1电容

瓷片电容

电解电容

电解电容

电解电容

电解电容

电解电容

电解电容

整流二极管

整流二极管

整流二极管

整流二极管

快速二极管

快速二极管

快速二极管

快速二极管

快速二极管

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十三、

PCB板布局注意事项

下图为一个12V1A的适配器PCB图

其中芯片SM8002C的第5脚的铺铜散热面积最好加大。如有可能，第6脚的铺铜面积也可加大，这可便于散热。

其他电流大的地方，也尽可能加大面积，一则减少电阻，二则可以散热。

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十四、 封装形式

HDIP4封装图（单位：mm）:

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