首個(gè)高功率132kHz CCM模式PSR電源方案解析

2012年12月1日,中國將強(qiáng)制執(zhí)行新的電器安全標(biāo)準(zhǔn)GB4943.1-2011,該標(biāo)準(zhǔn)要求在海拔2000米以上使用的設(shè)備，其電源的初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)電氣間隙要加大(乘以倍增系數(shù)1.48),規(guī)定必須在不符合嚴(yán)格的爬電距離和電氣間隙要求的電源上加貼警告標(biāo)簽。這對(duì)于PSR(初級(jí)側(cè)穩(wěn)壓)器件來說是一個(gè)好消息,因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/PSR">PSR設(shè)計(jì)不用光耦器和反饋電路。

新安規(guī)的挑戰(zhàn)

不久前，Power Integrations(PI)推出了高功率LinkSwitch-HP IC系列，其空載功耗30mW，在敞開式設(shè)計(jì)中輸出功率最高可達(dá)90W，而在密閉適配器中輸出功率最高也可達(dá)55W(散熱瓶頸)。PI市場部資深經(jīng)理李子俊表示，新的安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)使得電源設(shè)計(jì)中變壓器、外電容和光耦部分面臨挑戰(zhàn)，特別是光耦，按新規(guī)要選擇較大的封裝器件，增加了成本。此次推出的LinkSwitch-HP系列是目前市場上首個(gè)132kHz CCM(連續(xù)導(dǎo)通模式)PSR方案，CCM模式可以降低輸出紋波，這樣可以在外圍選用較小的輸出電容和穩(wěn)壓二極管，從而減低成本。“LinkSwitch-HP提高了整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)的效率，并減小變壓器和輸出濾波器的尺寸，”李子俊說，“該系列采用了革新性的多模式控制引擎，實(shí)現(xiàn)了小于30mW的空載輸入功率，與次級(jí)側(cè)穩(wěn)壓(SSR)方案相比，性能相近但BOM成本更低。”

關(guān)鍵特性

大約十年前，PI推出了LinkSwitch產(chǎn)品系列，采用創(chuàng)新的控制算法并利用主功率變壓器和輸出二極管的特性來確定從初級(jí)側(cè)傳輸?shù)礁綦x次級(jí)側(cè)的功率量。這種PSR方法不用昂貴的光耦器，也不用設(shè)計(jì)復(fù)雜的相關(guān)反饋電路，大大減少了元件數(shù)，節(jié)省空間和成本，并增強(qiáng)了可靠性?，F(xiàn)在，諸如手機(jī)充電器等許多低功率應(yīng)用中基本采用了PSR方案。但截止目前，PSR一直無法滿足高功率產(chǎn)品所要求的恒壓精度，因此在18W以上功率產(chǎn)品中沒有PSR的產(chǎn)品。LinkSwitch-HP采用獨(dú)特的多模式控制架構(gòu)，其功率范圍在9W~90W，這直接將PSR方案的應(yīng)用從手機(jī)領(lǐng)域延伸到平板電腦、LCD顯示器、LCD電視機(jī)、機(jī)頂盒、家用電器和嵌入式電源等應(yīng)用領(lǐng)域。

與SSR方案相比，PSR方案在系統(tǒng)級(jí)成本節(jié)省上更具優(yōu)勢。

LinkSwitch-HP器件可根據(jù)占主導(dǎo)的線電壓和負(fù)載條件自動(dòng)選擇控制模式，從而達(dá)到優(yōu)化轉(zhuǎn)換效率和快速響應(yīng)瞬態(tài)負(fù)載要求的目的，同時(shí)可降低輸出紋波和音頻噪聲。CCM模式工作能夠減小RMS電流，進(jìn)而提高效率和降低熱耗散，該器件所采用的132kHz滿載工作頻率還允許使用更小的磁芯和LC后置濾波器元件。在230 VAC下，LinkSwitch-HP IC能夠?qū)崿F(xiàn)小于30mW的空載功耗，并且在0.1W輸入功率下的效率達(dá)到50%以上，使之能夠滿足所有全球性的能效法規(guī)，如ErP(EuP)、ENERGY STAR EPS V2.0和EC生態(tài)設(shè)計(jì)指令的外部電源Tier 2等要求。

功能配置

LinkSwitch-HP IC具有全面的保護(hù)功能，包括可選的限流點(diǎn)、可編程的關(guān)斷延遲時(shí)間延長以及電壓緩升、電壓跌落、過壓、過流和過熱保護(hù)。

LinkSwitch-HP系列包括5種不同功率大小和MOSFET尺寸的IC，提供2種封裝選擇。PI可根據(jù)客戶的要求提供兩種支持性評(píng)估演示板：RDK-321(適用于LCD顯示器的17W雙路輸出反激式轉(zhuǎn)換器)和RDK-313(30W、12V單路輸出通用適配器)，李子俊表示，新器件現(xiàn)在已有工程樣品提供，2012年8月底開始實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。