實(shí)現(xiàn)具有更高擊穿電壓和更低待機(jī)電流的離線輔助PSU

現(xiàn)在，提高能效的需求正在影響自動(dòng)化的所有領(lǐng)域。這包括家庭中的白色家電，這些家電是在家庭自動(dòng)化與今天的意義完全不同的時(shí)候構(gòu)思的。幾十年前，當(dāng)我們開始依賴這些設(shè)備時(shí)，能源的財(cái)務(wù)和環(huán)境成本就沒有為消費(fèi)者帶來的便利那么重要，但是這種不平衡最近已經(jīng)改變，現(xiàn)在正在解決。

盡管盡了最大的努力，許多家用白色家電由于其功能始終會(huì)需要大量能源，其中包括熱水或空氣(水壺，烤箱，淋浴，洗衣機(jī))，冷卻空氣或其他流體(冰箱)，對(duì)流的組合(適用于烤面包機(jī)和烤箱)或通用運(yùn)動(dòng)(用于洗衣機(jī)/干衣機(jī)和吸塵器中的電動(dòng)機(jī))。在消費(fèi)環(huán)境中，這些設(shè)備需要大約kWs的能量，對(duì)房主而言是最大的用電成本。

除此之外，越來越多的消費(fèi)類設(shè)備正在提供越來越復(fù)雜的控制功能或用戶界面。這些本質(zhì)上是低功耗應(yīng)用，例如傳感器，顯示器和觸敏面板。使用旨在提供高水平電流的相同電源為這些輔助功能部件提供電源本質(zhì)上效率低下，尤其是當(dāng)這些功能是在不使用主要的耗電功能部件時(shí)需要使用的功能時(shí)。這引起了對(duì)輔助離線電源的需求，該輔助離線電源可以從交流電源提供相對(duì)較低的水平，低于40W(通常)的直流電源。

此處的主要目的是提供在待機(jī)期間也盡可能高效的電源。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要以盡可能節(jié)省成本，節(jié)省空間和節(jié)省能源的方式來實(shí)現(xiàn)電源。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師還需要考慮白色家電的安全要求。在電源方面，這通常要求一種隔離的解決方案，但是在某些情況下，可以通過物理設(shè)計(jì)來提供相關(guān)規(guī)范要求的電氣隔離級(jí)別。因此，針對(duì)低功耗輔助離線電源應(yīng)用空間的隔離和非隔離低功耗SMPS解決方案的需求不斷增長(zhǎng)。

完全集成的解決方案

更高集成度和更強(qiáng)大的半導(dǎo)體制造工藝的總體趨勢(shì)使設(shè)備制造商能夠開發(fā)單芯片解決方案以進(jìn)行離線功率轉(zhuǎn)換。通過將開關(guān)MOSFET和控制電路集成到單個(gè)器件中，現(xiàn)在可以更容易地設(shè)計(jì)具有更高功率密度水平的開關(guān)模式電源，以提供可部署在白色家電的多個(gè)區(qū)域中的輔助電源，并針對(duì)這種情況進(jìn)行了優(yōu)化。諸如上述輔助功能所需的電量。

輔助電源所需的功率將根據(jù)應(yīng)用和功能的不同而變化，從不到1W到高達(dá)70W。安森美半導(dǎo)體在為該應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)解決方案方面擁有悠久的歷史，擁有種類繁多且不斷增長(zhǎng)的設(shè)備組合。

隨著對(duì)超低功率輔助電源的需求不斷增加，安森美半導(dǎo)體最近推出了NCP1067x系列高壓開關(guān)，該系列是為可非隔離(圖1)或隔離(圖1)的低功率離線開關(guān)模式電源開發(fā)的。圖2)經(jīng)設(shè)計(jì)。它采用SOIC7封裝提供了完全集成的控制器和功率MOSFET，使其非常小巧。

圖1：典型的非隔離應(yīng)用(降壓轉(zhuǎn)換器)

圖2：典型的隔離應(yīng)用(反激式轉(zhuǎn)換器)

NCP1067x在固定頻率模式下運(yùn)行時(shí)，當(dāng)負(fù)載下降時(shí)，它會(huì)自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)模式，以降低功耗，它使用跳過周期操作。盡管該設(shè)備具有自供電設(shè)計(jì)，這意味著它不需要變壓器上的輔助繞組，但如果有輔助繞組可用，則可用于啟用自動(dòng)恢復(fù)過壓保護(hù)功能。還可以通過基于時(shí)間的檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)輸出短路保護(hù)的自動(dòng)恢復(fù)。

由于安森美半導(dǎo)體的超高壓技術(shù)，NCP1067x具有集成的700V功率MOSFET，其R DS(on)低至12Ω。在連接到230V AC的開放式配置中，開發(fā)人員可以實(shí)現(xiàn)能夠提供15.5W功率的電源。為了改善EMI，NCP1067x通過在標(biāo)稱開關(guān)頻率上引入±6%的變化來利用頻率抖動(dòng)。設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生用于施加抖動(dòng)的掃描鋸齒波形。在非隔離式設(shè)計(jì)中，使用了一個(gè)反饋引腳，該引腳將一小部分輸出電壓施加到集成的跨導(dǎo)放大器。

對(duì)更高擊穿電壓的需求不斷上升

輔助電源設(shè)計(jì)的另一個(gè)關(guān)鍵趨勢(shì)是要求功率MOSFET或BV DS兩端具有更高的擊穿電壓。通常，這與晶體管的物理尺寸有關(guān)，這意味著較大的擊穿電壓需要較大的晶體管。在許多情況下，這將導(dǎo)致解決方案對(duì)于大多數(shù)目標(biāo)應(yīng)用程序而言既太大又太昂貴。

對(duì)于大多數(shù)集成了MOSFET的SMPS開關(guān)，使用的技術(shù)是平面的。為了滿足市場(chǎng)對(duì)尺寸和成本的限制，這導(dǎo)致設(shè)備的BV DS為700V。但是，較高的BV DS可以為電源浪涌和電壓尖峰提供更好的保護(hù)，從而使最終產(chǎn)品更堅(jiān)固。因此，為切換臺(tái)提供更高的BV DS仍具有不斷增長(zhǎng)的勢(shì)頭，而更高的BV DS仍可提供低成本的小型BoM解決方案。

為了應(yīng)對(duì)這一點(diǎn)，安森美半導(dǎo)體開發(fā)了一個(gè)交換模塊，集成的SMPS控制器與功率MOSFET使用其的SuperFET內(nèi)置® 2超級(jí)結(jié)技術(shù)，創(chuàng)造，提供了一個(gè)BV模塊DS 800V的，但仍然可以在一個(gè)塑料制成雙列直插式包裝。這個(gè)革命性的產(chǎn)品系列是第一個(gè)為制造商提供可行的解決方案，以提高產(chǎn)品性能，同時(shí)仍然滿足市場(chǎng)的商業(yè)需求的產(chǎn)品。

FSL5x8電流模式開關(guān)系列采用PDIP-7封裝，包括PWM控制器和SUPERFET 2功率MOSFET。通常，要達(dá)到800V的擊穿電壓，將需要使用控制器和單獨(dú)的分立MOSFET，但是由于采用了安森美半導(dǎo)體的SUPERFET 2技術(shù)，該公司已能夠?qū)⑦@兩種器件集成到一個(gè)小封裝中。

這使設(shè)計(jì)人員能夠使用一個(gè)可用于隔離式(圖3)和非隔離式(圖4)反激式設(shè)計(jì)的器件來滿足40W左右的低功率離線輔助電源設(shè)計(jì)的高端要求。

圖3：隔離的光耦合器反饋(啟用線路檢測(cè))

圖4：非隔離直接反饋(禁用線路檢測(cè))

NCP1067x和FSL5x8產(chǎn)品均增加了跨導(dǎo)放大器作為比較器，使設(shè)計(jì)人員更容易開發(fā)非隔離的反激式電源，從而優(yōu)化了可用的電路板空間并最小化了BoM。

由于絕大多數(shù)低功耗離線PSU以反激模式運(yùn)行，安森美半導(dǎo)體電源解決方案產(chǎn)品組合中的這兩個(gè)新增功能通過更高的集成度帶來更高的性能和可靠性，帶來更高的性能和可靠性，從而帶來更高的功率密度和更低的BoM費(fèi)用。

盡管所有非隔離式PSU的設(shè)計(jì)都限制了它們可以提供的功率，但此處概述的發(fā)展表明，可以針對(duì)低功耗離線PSU應(yīng)用領(lǐng)域的低端和高端設(shè)計(jì)一種開關(guān)。輔助電源模塊。而且，由于非隔離式反激式轉(zhuǎn)換器通常比隔離式變體更高效，因此也將實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)成本。

使用輔助離線PSU的主要目的是減少最終產(chǎn)品使用的待機(jī)電流。通過選擇針對(duì)應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化的高度集成的設(shè)備，開發(fā)人員現(xiàn)在可以以較小的電路板空間和最小的BoM成本實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。