教你如何設計出更智能纖薄的電源?
發布時間:2014-02-26 責任編輯:sherryyu
隨著個人計算機(PC)及電視機采用更纖薄優雅的外形因數,電源必須降低厚度,超便攜計算機用的適配器也必須變成緊湊輕巧的旅行伴侶。
為了幫助符合此類目標,準方波諧振(QR)電源提供高開關能效,還幫助降低電磁幹擾(EMI),能簡化電磁的屏蔽或抑製。反激及功率因數校正(PFC)組合型控製器管理電源,令設計人員能夠減少器件數量。此外,通過在低負載/空載條件下關閉PFC,控製器還能提升待機能效。此類器件的路線圖正趨向進一步提升功能集成度,及增強開關性能,用以降低可聽噪聲。
組合型QR/PFC控製器
市場上存在多種包含PFC及準諧振反激反激控製功能、采用單個封裝的組合型器件。高壓集成電路(IC)技術容許采用經過整流的交流線電路來直接啟動。邏輯電路控製反激及PFC開關波形,以及其它功能,如軟啟動,過流、過壓及過溫保護等保護功能,安全重啟,及退磁檢測。
在正常工作期間,PFC通將無功功率(reactive power)降至最低及防止線電壓失真來提升能效。電器在功率高於70 W時強製要求PFC;但功率等級低於70 W時則不要求PFC,其間PFC電路的能耗可能會降低能效。為了節省這些能耗,市場上某些反激/PFC組合控製器能夠在輕載時及關閉模式下關閉PFC電路,並因此提升能效。
安森美半導體的 NCP1937組合型PFC及準諧振反激控製器提供一項新穎的功能,令用戶可以根據輸出功率占滿載功率的百分比來設定PFC關閉閾值。內部電路產生跟輸出功率成正比例的電流,此電流使用外部電阻及電容來調節和平均,以產生與輸出功率成正比的電壓。此IC結合使用此電壓及集成的PFC關閉定時器和隨著線電壓變化的參考電壓,以協調PFC的關閉和重新啟用。這就使PFC段能夠在低線電壓下25%至50%負載及高線電壓下50%至75%負載期間關閉。上電期間 PFC段也關閉,直至反激軟啟動定時到期。此外,通斷開反饋連接來關閉PFC所需的電路也集成在此器件中。傳統組合型器件要求包含MOSFET電路的外部反饋連接,以根據要求斷開或閉合回路。圖1展示了PFC導通/關閉控製電路。

圖1. PFC導通/關閉控製集成電路。
此功能提供了一個示例,彰顯高壓ICjishulingyudejinburuheshizhizaoshangnenggoutigonggenggaojichengdudekongzhiqi,shidianyuanshejirenyuannenggoushengquewaidewaibudianlu,bingjinyibutishengwanzhengfuzaifanweixiadenengxiao。daiyougaoyagongnengdeICtigongdeshuzigongnengtongchangyouxian。rujin,genggaoduandegaoyagongyipeihegengxiaodeshuzitezhengchicun,rongxuzengjiaewaidexinpianneijiangongneng,shishejirenyuannenggouyibiyiwangjinkenengxiaodewaixingyinzi,goujiangengjiazhinengjigenggaojingdudedianyuanfangan。
改進的關鍵細節
安森美半導體的700 V高壓工藝還使此控製器能夠集成用於在AC線電壓移除時對X2輸入濾波電容放電(一項安全機構標準要求的功能)的大多數電路。這就節省PCB空間及用於 X2電容放電之外部電阻網絡的能耗。NCP1937控(kong)製(zhi)器(qi)包(bao)含(han)兩(liang)個(ge)高(gao)壓(ya)啟(qi)動(dong)電(dian)路(lu),並(bing)且(qie)使(shi)用(yong)了(le)一(yi)種(zhong)新(xin)穎(ying)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)重(zhong)新(xin)配(pei)置(zhi)這(zhe)些(xie)電(dian)路(lu),從(cong)而(er)在(zai)交(jiao)流(liu)線(xian)電(dian)路(lu)移(yi)除(chu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)對(dui)輸(shu)入(ru)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)放(fang)電(dian)。
此高端工藝還能集成其它功能,幫助節省幾個外部器件;這些功能包括省電模式(PSM)功能,此功能將供電電流降至低於70 μA。傳統反激控製IC采用的典型方法是使用有源關閉(active-off)集成來啟用低功率模式,此方法要求額外的偏置電流來下拉次級端的光耦,降低了係統總能效。相比較而言,NCP1937包含內置電路,無須此類偏置電流,因而在空載條件下提升係統能效。
增加的數字集成功能及高級的700 V高壓工藝,還支援芯片置建應用更多保護功能所要求的電路,如故障檢測、電流感測及過功率補償,降低了對外部器件的依賴。
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更佳用戶體驗
反激轉換器的QR工作目前在膝上型計算機電源適配器及電視中很流行,主要歸功於零電壓開關(ZVS)或穀底開關技術,此技術相較於硬開關技術提升了開關能效,且產生的電磁幹擾(EMI)更低。
QR 轉換器的開關頻率本質上會根據輸入及輸出負載條件而變化,而且往往會隨著輸出負載下降而增加。在傳統QR轉換器中,自激(free-running)頻率通常鉗位在125 kHz,低於150 kHz的CISPR-22 EMI起點。因此,在輕載條件下,MOSFET無法在一檢測到穀底時就導通,但必須等候8 μsdingshidaoqi,yincidaozhimouxiegudibeilveguo。raner,ruguoshuchugonglvchuyumougedengji,yizhiyuzhuzhouqinengliangjunhengsuoxudeguanbishijianxiajiangdaoxianglinlianggegudizhijian,lianggehuosangezhouqidediyigudikaiguanzhihoukenengjiexudeshiyigezhouqidediergudikaiguan。zhezhongxianxiangchengzuoguditiaopin,daozhikaiguanpinlvdafubianhua,cibianhuabeifengzhidianliudedafubianhuabuchang,zuizhongshibianyaqichuxianketingzaosheng。
tiaozhouqihuopinlvfanzougongzuotongchangyongyuzaishixianpinlvqianweihoujiangdikaiguanpinlv。zhezaitishengqingzainengxiaofangmianhenyouxiao,danbuhuifangzhiguditiaopin。zhezhongfangfadelingyixiangquedianshiyaoqiudekaiguanpinlvxiangduijiaodi,tongchangzai30 kHz左右,需要更大的變壓器。
安森美半導體具有專利的穀底鎖定(Valley Lockout)技術省去穀底跳頻,憑借的是將轉換器鎖定在它選擇的穀底,直至檢測到輸出功率明顯變化。就NCP1937而(er)言(yan),此(ci)器(qi)件(jian)通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)一(yi)些(xie)比(bi)較(jiao)器(qi)來(lai)監(jian)測(ce)反(fan)饋(kui)接(jie)腳(jiao)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)並(bing)將(jiang)此(ci)信(xin)息(xi)饋(kui)送(song)給(gei)計(ji)數(shu)器(qi)來(lai)實(shi)現(xian)此(ci)功(gong)能(neng)。每(mei)個(ge)比(bi)較(jiao)器(qi)上(shang)的(de)遲(chi)滯(zhi)鎖(suo)定(ding)工(gong)作(zuo)穀(gu)底(di)。此(ci)外(wai),以(yi)壓(ya)控(kong)振(zhen)蕩(dang)器(qi)(VCO)為基礎的頻率反走電路隨著輸出功率下降而降低開關頻率,進一步提升了輕載能效。

圖2. 安森美半導體的穀底鎖定檢測電路。
此項創新提供更優異的能效及更佳的用戶體驗,還結合了反激/PFC組合控製器恰當工作所必需的更高芯片內置功能集成度,使設計人員能夠符合當今消費及商業電子市場的要求。
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