HV9910B在什么样应用时会炸机? 一针见血,剖析本质!

我是一个做LED灯设计的工程师,既不卖灯,也不卖芯片,发此贴目的是为了澄清大家认识误区,扫清一些芯片代理商为竞争而制造的谣言----  
   我用HV9910的时间挺久、挺多, 做过大量试验,多种设计,许多电路拓朴,也曾炸机失败,也曾成功量产, 最终就总结出一个结论:
   HV9910是一个很经典的芯片,但必须应用恰当,则会安全可靠; 如果应用电路设计不当,则会冒险工作甚至炸机(芯片烧裂).
   可惜的是,HV9910的官方datasheet中建议的电路不是最好的,在许多应用中会有危险,那些推荐电路不宜直接照抄去用,这点不知supertex自己有没意识到.真是可惜---
    而另外一些卖芯片的,为攻击竞争对手,故意把工程师偶尔不当应用发生的炸机个例夸大渲染, 其实根本不是HV9910芯片的问题,是应用设计的问题-----

我已经把HV9910玩得烂熟,所以把我的看法总结如下:

HV9910的缺陷,并不是大家传说的炸机,炸机是应用设计不当造成--;

也不是恒流精度不高,如果单以芯片的半程监控的电流采样原理看,的确精度不高,很难做到±3%内; 但是如果再增加其它反馈环路(比如次级光藕反馈等等),则电流控制精度可以做到很高,逼近±1%. 其实大部分应用中±5%的电流精度就足够了.如果非要高精度成本增加1~2元,应该也能接受吧.

HV9910的缺点是: 高压打火,一致性不好, 价格较贵.
   高压打火仅偶尔发生在--长期潮湿应用环境中,VIN高压脚与CS低压脚间发生,原因两者片内、外距离太近,SOP8封装加剧些, 但其SOP16封装的极难发生.
   一致性不好的原因是半导体超高压工艺制程的固有缺陷,此芯片虽然采用了一些Metal fuse(熔断微调),但终究难以完全解决; 应用时,如果要求高,可以采用在线性调光脚用可调电阻,来一个个灯微调,此法虽繁,但有额外收获是可以补偿芯片外面那些分离元器件的一致性偏差(可累计),对大批量产很有好处.
   第3大缺点,也是最大缺点: 价格太贵. 现在LED灯贵遮盖了它,将来LED灯急剧降价时,这点就突出了. 尤其在那些1w~5W的小功率灯应用,它们价格低,对成本更敏感.
   以上三大缺点才是芯片本身问题, 我衷心希望国人在设计HV9910替代兼容芯片时,能解决这些缺点; 如果有既能完全兼容HV9910,又改进上述缺点的国产芯片,我将带头采用,免费帮忙宣传!

支持LZ的说法,很多人总是说这问题那问题,都没有考虑自身的问题.电路设计合理恰当,使用元件很重要,特别对于HV9910这款IC来说.

有几个人能摸透这款IC?估计难找!

HV9910我刚做的时候也炸机,后来虽然不炸机了,但我不敢用它做驱动,是因为这种芯片总会在%几有炸机的时候,出货最怕退货.现在我用BP2808就没有这个危险,是因为它的保护电路很到位,IC的使用电流很小,损耗特低,输出电流大于目前各种驱动IC,很轻松的做宽电压,缺点就是要加电路处理一下EMI.价格也不算贵.

9910的IC设计在高压应用中还是有缺陷的,最明显体现在两点:
首先在高压应用中,8脚封装的引脚规划上就不符合安规要求.9910把VIN高压输入脚和CS GND安排在一起就不符合爬电距离的要求,特别是SO8封装,在PCB布局中为了考虑焊接的可靠性,考虑到焊盘的因素,这种安全隐患更加突出.SO16封装也许就是为了解决这个问题才有的.
其次在高压应用中,特别是220V应用中.VIN连接的是一个内置高耐压线性恒压源,设计的目的是为了进一步简化外围电路,初衷是好的,但是设计时没有考虑到一些瞬态的变化,电路上电伊始,内置的线性恒压源需要向外挂的VCC电容充电,而9910的线性电源几乎没有任何限制,上电瞬时电流是相当大的,这样必然会导致上电瞬间,IC瞬时功率过高,这是9910刚上电就炸片子的最主要原因.使用者在使用中为了避免这种情况的发生,不得不在VIN上端接入限流器件,结果这个内置的高压恒压源完全失去了存在的意义.而某些IC在内置VCC高压供电电源上就设计的很好,加入了限流或者恒流环节,保证了IC的可靠性.
而且因为这个高压供电特色,9910在推广上过分强调了在宽电压中的应用,忽视了简单BUCK电路拓扑本身对在宽电压转换中的应力问题.另外在抗干扰环节上,9910也设计的不够好.
至于恒流精度那些已经讨论过一遍又一遍,我就不再多说了

纠正一下,在vin上串联电阻对系统效率没有任何影响,这个电阻只起了分压的作用,换句话说,没有这个电阻,电压就降到芯片上,有这个电阻,部分电压就降到了电阻上,vin脚的电流没有变化,不会影响效率.
这个和部分芯片内置齐纳稳压管还是很不一样的

我可没提到VIN串电阻会降低系统效率哦.VIN串电阻只是为了上电时限制VCC电容的充电电流同时限制IC功率而已.如果IC的最大功耗足够大,串不串电阻对系统效率没任何影响.

串不串电阻对系统效率的影响和IC的最大功耗没有任何关系,串不串这个电阻,控制电路消耗的功耗都是一定的!
串这个电阻完全不影响内置的高压恒压源的意义,只有完全理解了内置高压恒压源电路的实现方式,才会了解这个电阻的真正含义.

现在有很多种仿HV9910的IC,其中SMD802更能稳定些,线路上如果用填谷式PFC在110V时表现不理想,220V时用起来还不错,但也要注意在温度很高时IC的绝缘也是个问题.

串不串电阻确实对控制电路稳态时的损耗没有影响,但是对IC自身损耗很有影响,而且对上电初始时的状态影响最大.

这贴只讨论9910,那我就拿9910来说.电路刚上电时,VIN如果直接接300V高压,假如VDD脚接1UF的电容.1UF电容通过IC内置恒压源充电至7.5V,瞬时IC要承受的功率可能会有好几W,甚至十几W几十W,上百W,但是因为电容很小,这种瞬时功率存在时间很短,但是足以炸片子.
你可以根据电容充电公式自己算算IC在电容充电时的功率.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/84/1968661260268821.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
U0是电容初始电压0V,UT是充满时电压=VDD,7.5V,U是线电压,C是电容容值,R是充电回路等效电阻.
这时你再比较一下,串没串电阻对IC有没有影响,控制电路刚上电时的功耗有没有影响.这时你就会明白这个电阻的意义了.

我确实还没有考虑过上电时的问题,我先问个问题:
300V的电源通过R对C充电,稳定后C(c可设为1uF)的电压为300V,请问,从开始充电到C=300V这个过程,R=10k和R=10时功耗分别是多少?
你可以计算一下,答案都是1/2CVV.
不过我还没有考虑300V对RC充电只能冲到7.5V的情况,这个我还要再分析一下是否和R有关,还有就是内部的恒压电源在上电时,内阻是可调的,如果你外加了电阻,这个电阻会变小,如果不加电阻,这个电阻就变大,所以我也还需要分析一下.

300V电源通过R对C充电,因为9910的稳压源是7.5V,所以只要考虑充电至7.5V的情况.
你可以假设9910的稳压源等效电阻是5K(实际9910的等效电阻比这要小的多)
充电的电量为Q=C*7.5v
充电时间为t
充电时平均电流为I=Q/t
充电时9910的消耗功率 P=(300-7.5)*I   ----- 假设VIN直接接300V.
你再比较一下串入100K电阻后,9910会消耗多少功率,比较一下就知道了.

这个你可以参照一下TO92封装的7805输出接一个2200UF电容,输入电压40V,你看看7805会不会烧.

你那个0.5C*V*V是有问题的,是能量W公式,而不是功率P公式,也就是说还要除以充电时间T的
P=UI=(7.5/2)*(Q/t)=(7.5/2)*(7.5C/t)=C*V*V/2t,也就是充电时间越短,功率越大,充电时间由RC决定,C固定,R越小,功率越大,R越小,充电时间越短,充电电流越大,9910和C是串联,显然9910承受的功耗也就越大
大多数人反映是上电就炸IC,很显然是这个原因

我纠正三点:
1:烧芯片的是能量,不是功率,7805外接2200uF的电容时,虽然后面一段时间的充电电流小,能量小,但前面一段时间的能量太大了(这段时间乘以能量),所以烧掉;

2:我们讨论的是上电时,外接电阻和不接电阻消耗的能量是否一样,和烧芯片没有关系.我刚才仿真了一下(没有时间计算),300V经过稳压管充电到7.5V稳定,电阻+内阻(外接电阻)和纯内阻(无外接内阻)消耗的能量一样;

3:HV9910上电烧掉是因为vin脚耦合了尖峰高电压,导致了电压击穿,不是上电的充电电流过大导致热击穿(内部vin和cs的间距才550um).

当然,外接电阻降低了峰值充电电流,可以将充电的功耗分布在一个较长的时间段,确实可以保护芯片,但是不是说加了这个外接电阻,就增加了上电的功耗.

看来,达人不少啊---两位都是高手,您们的观点并不矛盾,只是一个谈功率一个谈能量而已;

    经过entertest和Banma2001一辩论,就清楚了,这也正是我这个楼主这句话“可惜的是,HV9910的官方datasheet中建议的电路不是最好的,在许多应用中会有危险,那些推荐电路不宜直接照抄去用,这点不知supertex自己有没意识到.真是可惜--- ”的 一个注解啊!

    实际上,Vin脚串联一个较大的分压限流电阻,确有许多好处,也是解决炸机的一个重要手法,可谓“小小电阻作用大”--- 可惜supertex就是没这样做,他们官方推荐电路大多无这个方法呢.

这就是毛泽东说的陈毅路线--huo希泥,要批判的

烧IC的是能量没错,但是要看时间的,1颗小的鞭炮释放的能量肯定没有1杯100度开水放到冷却释放的能量大,但是鞭炮能量释放的时间极短,所以鞭炮会炸,水杯却炸不了.
再换一种说法,用10V分别给1Ω-1W的电阻通电一小时,1KΩ-1W通电1000小时,消耗的能量其实一样大,但是1Ω的电阻明显比1KΩ的电阻烫,为什么?显然功率不同,1Ω的电阻此时功率100W,而1KΩ的电阻只要0.1W,这就是区别.

同样的道理,9910直接接300V和串个100K电阻接300V对于充电电路而言吸收的能量一样大,但是时间长短不同.
这样,我亲自算一遍给你看看:
假设线电压U=300V,9910内部稳压器的串联平均阻抗为R1=1K,VDD脚接电容C=1uF,上电前电容电压U0=0V,充满时电压Ut=7.5v,充电时间为T
1.不串电阻
根据充电公式Ut=U0+(U-U0)*[(1-e^(T/R1C)]
推算出充电时间T= R1*C*ln[(U-U0)/(U-Ut)]=25.3us
再根据电容电荷公式Q=C*Ut=7.5 uC
在根据I=Q/T 推出充电时间内的平均电流I=292 mA
充电时间内 9910线性稳压器消耗功率 P=I*I*R1=85W
整个充电过程消耗能量W=U*I*T=2.2 mJ

2.串100K电阻
充电时间T1=(R1+R2)*C*ln[(U-U0)/(U-Ut)]=2555.3us
在根据I=Q/T 推出充电时间内的平均电流I1=2.94 mA
充电时间内 9910线性稳压器消耗功率 P=I1*I1*R1=0.009W
充电时间内 串联电阻消耗功率 P=I1*I1*R2=0.9W
整个充电过程消耗能量W=U*I1*T1=2.2 mJ

对比一下显而易见,串不串电阻充电过程中消耗能量一样大,但是串电阻时,能量释放消耗的时间比不串电阻时长100倍,而不串电阻比串电阻,IC瞬间功率高出将近10000倍!串电阻只延长充电时间,不仅不增加功耗,相反还降低功耗.
这就是本质区别,不串电阻那就是个鞭炮,想不炸需要运气,串了电阻那只是杯热水而已.就这么简单.

电阻的作用主要是为了限流,分压只是其次.你可以照我上面计算的方法,看看串100V个稳压管效果如何(相当于线电压降低100V,其他参数没变).进入稳态以后,IC的工作电流大约1mA,100V稳压管和100K电阻功耗差不多大,但是上电时差距明显.计算比较一下就知道了.

我想到目前为止,我们就以下三个方面达成了一致:
1:稳定后,是否串电阻不影响整体效率,也即串联的电阻只是消耗了内置的稳压源的一部分功耗,不额外消耗功率;
2:上电的过程不管是否串联电阻,或者串联不同大小的电阻,消耗的总能量是一定的;
3:烧ic的是能量,不是功率,换句话说,如果在单位时间产生了w的功耗,而芯片只能传导出去部分功耗,就有可能烧ic;

分歧在于烧ic的原因是能量还是电压.
看了你的分析,还是觉得有一定道理,不过有一个假设条件有问题,就是平均阻抗为1kohm.
对于内置的稳压器而言,其核心电路为一个MOS管或者BJT,都存在饱和或者线性的概念.我们以9910为例,内置了一个耗尽型的高压NMOS管,其最大的线性区工作电压vds大约为3V~4V之间,这个值对应于什么概念呢?你所说的R1=1kohm就在这一段区域,vd超过这一段区域,NMOS进入饱和区,电阻开始下降,如在10V时,电阻约为2kohm,在50V时,电阻约为6k,在100V时,电阻约为10k,在200V时,电阻约为25k,在300V时,电阻约为40k.
以上数据均按饱和电流为10mA计,实际电路上电时,电流小于这个值,所以请相信这些值,实际电路的电阻比我给的要大2~10倍.
现在你可以再分析一下不串联电阻是否会导致发热烧芯片.

你的分析还是根据稳态来分析的.这是一个线性稳压器的结构原理图.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/84/1968661260422675.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
上电时,因为VOUT接的是电容,电容两端电压不能突变,在充电过程中VOUT<7.5V的,那么这个运放显然输出低,使这个PMOS饱和导通,这时相当于300V直接加在MOS两端,显然电流相当大,这时如果去讨论饱和压降是没有道理的,而是应该讨论饱和阻抗,你说10mA时饱和压降VDS=4V,那阻抗只有400Ω,比我举例说的还小.300V直接加到400Ω电阻上,瞬间电流0.75A,充电时间平均电流0.37A,更要烧片子.
如果9910的线性稳压器具备限流功能,那么他的运放输出电流应该是受控的.

这样,你可以做这么2个试验,用9910,VIN输入6V,看VDD是几V,再逐渐升高VIN电压,看看VIN为多少V时,VDD能稳定,这时候的压降是线性稳压器的饱和压降.
再试试在VDD脚上接一可调电阻,看看VDD为7.5V时,可以IC最高可以对外提供多大电流,这就是验证内置稳压器是否具有限流功能.

我并没有根据稳态或者暂态来分析电路,只是从原理上叙述为什么你说的1k不对.
鉴于某些原因,我不能给你HV9910电路图,不过可以告诉你一般的LDO都是如你所说的PMOS管输出,但9910是NMOS管输出,大致可以参阅下面的电路:
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图，点击可放大。\n按住CTRL，滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/84/2704741260425292.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
现在应该明白为什么要讨论饱和区的概念了吧.
我手上刚好有你说的数据,vin=12V时,HV9910/FT6610可以驱动到4~5mA的电流,再上升,vcc就下降,SMD802例外,12V时无负载vcc还没有稳定.不过这个数据对我们的分析没有太大的意义.毕竟是NMOS管源端输出,有饱和区和线性区的概念就够了.

9910的稳压器就是LDO,这点你可以去看英文PDF,最高压降1V.而且IC在进入UVLO区域之前,输入电流最小值是5mA.
就算是如你所说,我就利用你的数据.我们换一种方法计算.按照你的数据300V时,等效内阻40K
根据9910的DATASHEET,SO8封装引脚的热阻128度/W.

300V时,内阻40K,最大电流7.5mA,平均电流3.75mA
IC温升△T=I*U*Rj=3.75*300*128=144度.看见没有?若环境温度20度,瞬间IC温度即达到164度,显然超过IC最高工作结温150度(英文版数据是150度,中文PDF是125度).同样的,IC想不烧是需要运气的,如果有的能工作200度不会烧,有的只能工作在150度,必然会烧.

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其实现在芯片多的一大把,啥芯片没有,芯片只是一个基本功能,PWM调宽,或是PFM调频吗,关键在于用芯片的人水平如何,产品制程问题那多了去了,不是一块好的芯片就能把所有问题搞定.再者,任何芯片都有自己的优势和劣势,只有根据实际情况,灵活选用合适自己用的芯片,不能一定说某芯片好,就跟风去用,这种人,只能算个不懂电源的人才这样做.任何开关电源芯片都是可以做恒流电源的.

说的不错!

1:实际电阻为40k的2~10倍,所以上电功率没有这么大;
2:不能按简单的平均电流计算功率,所以上电功率没有这么大;
3:封装的热阻是对稳态而言的,举个例子,1um铝线允许流过的平均电流为1mA,其实短时间10mA的峰值电流也是可以承受的,上电就是一个时间极短的瞬态过程,即使有你说的这么大的上电功率,芯片也可以承受的住;
4:ldo的实现方式太多了,你相信的是9910的英文PDF,我直接看的是9910的电路,孰对孰错?

你可以这么试试,VIN和GND接220V整流滤波输出,VDD和PWMD,LD同接1UF电容,RT接230K电阻,GATE和CS悬空.用示波器观察VDD引脚何时进入稳定,如果觉得时间太短,不容易,可以接10uF或者100uF,观察到的时间除10或者100,自然就算出内阻多大了.如果一次不准确可以反复几次.也许反复上电几次,就会炸片子.

没辙了,我给你了具体的内阻参数(这个本来是顶级机密的),你竟然还是不相信我.

1uF的我试了很多次,还没有遇到炸机的(因为用的是隔离电源,电源相对干净).

反复上电到炸片子不能说明是电压高击穿还是能量大击穿.

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精辟.