實現具有更高擊穿電壓和更低待機電流的離線輔助PSU電源裝置
發布時間:2020-12-01 來源:James Lee,安森美半導體 責任編輯:wenwei
【導讀】如(ru)今(jin),對(dui)能(neng)源(yuan)效(xiao)率(lv)的(de)需(xu)求(qiu)影(ying)響(xiang)著(zhe)自(zi)動(dong)化(hua)的(de)所(suo)有(you)領(ling)域(yu)。這(zhe)包(bao)括(kuo)各(ge)種(zhong)白(bai)色(se)家(jia)電(dian),它(ta)們(men)是(shi)在(zai)家(jia)庭(ting)自(zi)動(dong)化(hua)概(gai)念(nian)與(yu)如(ru)今(jin)完(wan)全(quan)不(bu)同(tong)的(de)時(shi)代(dai)構(gou)想(xiang)出(chu)來(lai)的(de)。幾(ji)十(shi)年(nian)前(qian),當(dang)我(wo)們(men)開(kai)始(shi)依(yi)賴(lai)這(zhe)些(xie)設(she)備(bei)時(shi),能(neng)源(yuan)的(de)經(jing)濟(ji)和(he)環(huan)境(jing)成(cheng)本(ben)沒(mei)有(you)消(xiao)費(fei)者(zhe)便(bian)利(li)性(xing)那(na)麼(me)重(zhong)要(yao),但(dan)這(zhe)種(zhong)不(bu)平(ping)衡(heng)最(zui)近(jin)發(fa)生(sheng)了(le)改(gai)變(bian),如(ru)今(jin)人(ren)們(men)正(zheng)在(zai)努(nu)力(li)加(jia)以(yi)解(jie)決(jue)。
盡管製造商盡了最大努力,但許多白色家電仍舊常常需要大量能源才能實現自身功能,包括加熱水或空氣(電燒水壺、烤箱、淋浴器、洗衣機)、冷卻空氣或其他流體(冰箱)、對流加熱(烤麵包機和烤箱)或一般運動(洗衣機/烘幹機和吸塵器的電動機)。在消費環境下,這些設備的能耗都差不多以kW計算,是業主最大的電力成本來源。
除此之外,越來越多的消費類設備采用越來越複雜的控製功能或用戶界麵。這些輔助功能本質上都是低功率應用,如傳感器、顯xian示shi屏ping和he觸chu控kong麵mian板ban。從cong實shi質zhi上shang講jiang,使shi用yong旨zhi在zai提ti供gong高gao電dian流liu的de電dian源yuan來lai為wei這zhe些xie輔fu助zhu功gong能neng供gong電dian會hui使shi效xiao率lv變bian得de很hen低di,尤you其qi是shi當dang這zhe些xie功gong能neng需xu要yao在zai未wei使shi用yong主zhu要yao功gong率lv密mi集ji型xing功gong能neng的de情qing況kuang下xia工gong作zuo時shi。這zhe就jiu提ti高gao了le對dui輔fu助zhu離li線xian電dian源yuan裝zhuang置zhi的de需xu求qiu,這zhe種zhong裝zhuang置zhi可ke以yi通tong過guo交jiao流liu電dian源yuan提ti供gong功gong率lv相xiang對dui較jiao低di、不到40W(典型值)的直流電源。
這樣做的主要目標就是在待機期間也可以盡可能高效地提供電源。為實現這一目標,需要以最具成本、空間和能效優勢的方式實現電源功能。
產chan品pin設she計ji工gong程cheng師shi還hai需xu要yao考kao慮lv白bai色se家jia電dian的de安an全quan要yao求qiu。就jiu電dian源yuan而er言yan,這zhe通tong常chang要yao求qiu采cai用yong隔ge離li式shi解jie決jue方fang案an,但dan在zai某mou些xie情qing況kuang下xia,相xiang關guan規gui範fan要yao求qiu的de電dian氣qi隔ge離li水shui平ping可ke通tong過guo物wu理li設she計ji來lai實shi現xian。正zheng因yin如ru此ci,市shi場chang對dui麵mian向xiang低di功gong耗hao輔fu助zhu離li線xian電dian源yuan應ying用yong空kong間jian的de低di功gong耗haoSMPS解決方案(隔離式和非隔離式)的需求不斷增長。
完全集成的解決方案
suizhebandaotizhizaogongyixianggenggaojichengduhegengwenjianfangxiangfazhan,zheyizongqushishideqijianzhizaoshangnenggoukaifachudanxinpianjiejuefanganlaishixianlixiangonglvzhuanhuan。tongguojiang開關型MOSFET和he控kong製zhi電dian路lu集ji成cheng至zhi單dan個ge器qi件jian中zhong,現xian在zai可ke以yi更geng加jia輕qing鬆song地di設she計ji具ju有you更geng高gao功gong率lv密mi度du的de開kai關guan型xing電dian源yuan,從cong而er提ti供gong出chu色se的de輔fu助zhu電dian源yuan,這zhe類lei輔fu助zhu電dian源yuan不bu僅jin可ke以yi部bu署shu在zai白bai色se家jia電dian的de多duo個ge區qu域yu,而er且qie還hai針zhen對dui上shang文wen所suo述shu輔fu助zhu功gong能neng所suo需xu的de功gong率lv進jin行xing了le優you化hua。
根據具體的應用和功能,輔助電源所需提供的功率會有所不同,從不到1W到高達70W不等。安森美半導體在開發該應用領域的解決方案方麵有著悠久的曆史,並擁有廣泛且不斷增長的器件產品組合。
隨著超低功耗輔助電源需求的增長,安森美半導體最近推出了NCP1067x係列高壓開關。該係列開關專為采用非隔離式(圖 1)或隔離式(圖 2)設計的低功耗離線開關型電源而開發。它將控製器和功率MOSFET完全集成在一個SOIC7封裝中,尺寸非常小巧。


雖然NCP1067xcaiyonggudingpinlvmoshigongzuo,danzaifuzaixiajiangshihuizidongqiehuanzhidaijimoshi,yijiangdigonghao,jicaiyongkongzaijianxiemoshi。jinguangaiqijiancaiyongzigongdiansheji,jibianyaqishangwuxufuzhuraozu,danruguobaohanfuzhuraozu,zekeyongyushixianzidonghuifuguoyabaohugongneng。ciwai,haikeyitongguojiyushijiandejiancegongnengshixianshuchuduanluzidonghuifubaohu。
由於采用了安森美半導體的超高壓技術,NCP1067x還搭載了一個RDS(on)低至12Ω的集成式700V功率MOSFET。在連接至230V交流電源的開放式框架配置中,開發人員可以實現能夠提供15.5W的電源。為提高EMI,NCP1067x采用了頻率抖動設計,即通過在標稱開關頻率上增加一個±6%debianliang。yongyuyingyongdoudongdesaomiaojuchiboxingyouqijianneibushengcheng。feigelishishejicaiyongleyigefankuiyinjiao,gaiyinjiaojiangxiaobufendeshuchudianyashijiayujichengshikuadaofangdaqi。
對更高擊穿電壓的需求不斷增加
輔助電源設計的另一個關鍵趨勢就是要求功率MOSFET上具有更高的擊穿電壓(即BVDS)。通tong常chang,這zhe與yu晶jing體ti管guan的de物wu理li尺chi寸cun有you關guan,也ye就jiu是shi說shuo擊ji穿chuan電dian壓ya越yue大da,所suo需xu的de晶jing體ti管guan就jiu越yue大da。在zai許xu多duo情qing況kuang下xia,這zhe會hui導dao致zhi解jie決jue方fang案an尺chi寸cun過guo大da和he過guo於yu昂ang貴gui,不bu適shi合he大da多duo數shu目mu標biao應ying用yong。
大多數集成MOSFET的SMPS開關均采用平麵工藝。為滿足市場對尺寸和成本的限製要求,出現了具有700V BVDS的器件。不過,BVDS越高,提供的電源浪湧和峰值電壓保護能力就越大,因此終端產品就越穩健。為此,越來越多的公司推出具有更高BVDS但仍能提供低成本、小型BoM解決方案的開關。
為此,安森美半導體開發了一款開關模塊,該模塊集成了SMPS控製器和采用自身SUPERFET® 2超級結技術構建的功率MOSFET,以便打造出能夠提供800V BVDS、tongshiyourengkecaiyongshuangliezhichashisuliaofengzhuangdemokuai。zheyigexinchanpinxilieshouciweizhizaoshangtigongleyizhongjiketigaochanpinxingnengyounengmanzushichangshangyexuqiudekexingjiejuefangan。
FSL5x8電流型開關係列采用PDIP-7封裝,並包含PWM控製器和SUPERFET 2功率MOSFET。通常,實現800V擊穿電壓需要使用控製器和單獨的分立式MOSFET。然而,安森美半導體的SUPERFET 2技術成功將這兩個器件集成至一個小型封裝中。
這樣,設計人員隻需使用一個適用於隔離式(圖 3)和非隔離式(圖 4)反激設計的器件,就可以解決大約40W的高端低功耗離線輔助電源設計問題。


在NCP1067x和FSL5x8產品中,跨導放大器用作比較器,使設計人員能夠更輕鬆地開發非隔離式反激電源,從而優化可用的電路板空間,並最大程度地降低BoM。
當絕大多數低功耗離線PSU在zai反fan激ji模mo式shi下xia運yun行xing的de情qing況kuang下xia,安an森sen美mei半ban導dao體ti的de電dian源yuan解jie決jue方fang案an組zu合he中zhong新xin增zeng了le這zhe兩liang款kuan產chan品pin,帶dai來lai了le新xin的de益yi處chu,通tong過guo更geng高gao的de集ji成cheng度du,實shi現xian更geng高gao的de性xing能neng和he可ke靠kao性xing,從cong而er提ti高gao功gong率lv密mi度du,降jiang低diBoM成本。
雖然所有非隔離式PSU設計都隻能提供有限的供電功率,但本文概述的發展表明,可以為輔助PSU設計出一種適用於低端和高端低功耗離線PSU應用的開關。由於非隔離式反激轉換器通常比隔離式轉換器更加高效,所以也可以實現操作成本。
使用輔助離線PSUdezhuyaomudejiushiweilejianshaozhongduanchanpinxiaohaodedaijidianliu。tongguoxuanyongzhenduiyingyongyouhuadegaodujichengqijian,kaifarenyuanrujinnenggouyigengxiaodedianlubankongjianhezuidideBoM成本實現這一目標。
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