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】rujin,duinengyuanxiaolvdexuqiuyingxiangzhezidonghuadesuoyoulingyu。zhebaokuogezhongbaisejiadian,tamenshizaijiatingzidonghuagainianyurujinwanquanbutongdeshidaigouxiangchulaide。jishinianqian,dangwomenkaishiyilaizhexieshebeishi,nengyuandejingjihehuanjingchengbenmeiyouxiaofeizhebianlixingnamezhongyao,danzhezhongbupinghengzuijinfashenglegaibian,rujinrenmenzhengzainulijiayijiejue。
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、xianshipinghechukongmianban。congshizhishangjiang,shiyongzhizaitigonggaodianliudedianyuanlaiweizhexiefuzhugongnenggongdianhuishixiaolvbiandehendi,youqishidangzhexiegongnengxuyaozaiweishiyongzhuyaogonglvmijixinggongnengdeqingkuangxiagongzuoshi。zhejiutigaoleduifuzhulixiandianyuanzhuangzhidexuqiu,zhezhongzhuangzhikeyitongguojiaoliudianyuantigonggonglvxiangduijiaodi、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。
chanpinshejigongchengshihaixuyaokaolvbaisejiadiandeanquanyaoqiu。jiudianyuaneryan,zhetongchangyaoqiucaiyonggelishijiejuefangan,danzaimouxieqingkuangxia,xiangguanguifanyaoqiudedianqigelishuipingketongguowulishejilaishixian。zhengyinruci,shichangduimianxiangdigonghaofuzhulixiandianyuanyingyongkongjiandedigonghaoSMPS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
隨sui著zhe半ban導dao體ti製zhi造zao工gong藝yi向xiang更geng高gao集ji成cheng度du和he更geng穩wen健jian方fang向xiang發fa展zhan,這zhe一yi總zong趨qu勢shi使shi得de器qi件jian製zhi造zao商shang能neng夠gou開kai發fa出chu單dan芯xin片pian解jie決jue方fang案an來lai實shi現xian離li線xian功gong率lv轉zhuan換huan。通tong過guo將jiang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%的de變bian量liang。用yong於yu應ying用yong抖dou動dong的de掃sao描miao鋸ju齒chi波bo形xing由you器qi件jian內nei部bu生sheng成cheng。非fei隔ge離li式shi設she計ji采cai用yong了le一yi個ge反fan饋kui引yin腳jiao,該gai引yin腳jiao將jiang小xiao部bu分fen的de輸shu出chu電dian壓ya施shi加jia於yu集ji成cheng式shi跨kua導dao放fang大da器qi。
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、同(tong)時(shi)又(you)仍(reng)可(ke)采(cai)用(yong)雙(shuang)列(lie)直(zhi)插(cha)式(shi)塑(su)料(liao)封(feng)裝(zhuang)的(de)模(mo)塊(kuai)。這(zhe)一(yi)革(ge)新(xin)產(chan)品(pin)係(xi)列(lie)首(shou)次(ci)為(wei)製(zhi)造(zao)商(shang)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)種(zhong)既(ji)可(ke)提(ti)高(gao)產(chan)品(pin)性(xing)能(neng)又(you)能(neng)滿(man)足(zu)市(shi)場(chang)商(shang)業(ye)需(xu)求(qiu)的(de)可(ke)行(xing)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。
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(di)BoM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PSU的(de)主(zhu)要(yao)目(mu)的(de)就(jiu)是(shi)為(wei)了(le)減(jian)少(shao)終(zhong)端(duan)產(chan)品(pin)消(xiao)耗(hao)的(de)待(dai)機(ji)電(dian)流(liu)。通(tong)過(guo)選(xuan)用(yong)針(zhen)對(dui)應(ying)用(yong)優(you)化(hua)的(de)高(gao)度(du)集(ji)成(cheng)器(qi)件(jian),開(kai)發(fa)人(ren)員(yuan)如(ru)今(jin)能(neng)夠(gou)以(yi)更(geng)小(xiao)的(de)電(dian)路(lu)板(ban)空(kong)間(jian)和(he)最(zui)低(di)的(de)BoM成本實現這一目標。
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