技術(shù)分析：開關(guān)電源用新型零功耗AC/DC轉(zhuǎn)換器

　　更低的漏極峰流為可靠啟動(dòng)提供保障

　　新的脈沖跨周調(diào)制模式保護(hù)功能可避免漏極電流過高和變壓器飽和，這兩種現(xiàn)象在轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)階段特別常見(圖5中的虛線)，因?yàn)楫?dāng)輸入和輸出電壓差值很大時(shí)，電壓時(shí)間開始失衡，如果不加以控制，IDRAIN將會(huì)迅速升高。

　　脈沖跨周調(diào)制模式工作原理如下：在導(dǎo)通時(shí)間tON_MIN最小值內(nèi)，若IDRAIN大于IDLIM ，則開關(guān)頻率逐周期二分頻，降至最低值15kH，如圖5實(shí)線所示。如果確實(shí)滿足上述條件，開關(guān)頻率保持在15kHz, 且當(dāng)內(nèi)部過流保護(hù)計(jì)數(shù)器OCP記到最后一個(gè)數(shù)時(shí)，過流保護(hù)功能啟動(dòng)。在導(dǎo)通時(shí)間tON_MIN內(nèi)，若IDRAIN小于IDLIM ，則開關(guān)頻率逐周期二倍頻，直到開關(guān)頻率FOSC恢復(fù)到正常為止。

　　圖5 – 啟動(dòng)期內(nèi)的脈沖跨周調(diào)制模式

　　VIPer0P評(píng)估板

　　電路板介紹

　　如圖6所示，STEVAL-ISA174V1能夠讓用戶使用VIPer0P全部功能，在實(shí)際應(yīng)用中快速測(cè)試器件的性能。該演示板采用非隔離反激式拓?fù)洌ㄟ^雙輸出端口提供大約7W輸出(-5V輸出800mA; +7V輸出大約400mA)，板載 VIPer0P “L”款功率轉(zhuǎn)換器。通過將誤差放大器的懸浮接地參考引腳EAGND連至負(fù)電壓軌和FB、EAGND和SGND引腳之間的分壓器，很容易獲得負(fù)輸出電壓。

　　該評(píng)估板通過變壓器二次側(cè)線圈匝數(shù)比設(shè)定+7V輸出電壓，使用一個(gè)小信號(hào)二極管供給VCC引腳，因此節(jié)省了自供電源和啟動(dòng)高壓電流發(fā)生器所發(fā)生的功耗。結(jié)合VIPer0P內(nèi)部模塊的低功耗，這樣設(shè)計(jì)可在輕載和空載條件實(shí)現(xiàn)極低的輸入功耗。

　　圖6–STEVAL-ISA174V1

　　零功耗模式

　　在正常式作期間按下開關(guān)按鈕時(shí)，OFF引腳被強(qiáng)制連至SGND引腳，且連接時(shí)間大于DEB_OFF，芯片進(jìn)入零功耗模式。除退出零功耗模式所需的模塊外，芯片內(nèi)部所有模塊均關(guān)閉。表2列出了零功耗模式輸入功耗測(cè)量值。

　　再按下開關(guān)時(shí)，ON引腳被強(qiáng)制連至SGND引腳，且連接時(shí)間大于DEB_ON，芯片退出零功耗模式。芯片通過軟啟動(dòng)恢復(fù)開關(guān)操作，重新開始輸出功率。在實(shí)際應(yīng)用中，ON和OFF引腳可以由微控制器控制，如圖3所示。實(shí)際上，這些引腳的上拉電阻有幾微安的驅(qū)動(dòng)能力，可在零功耗模式供給微控制器。

　　保護(hù)

　　如果連續(xù)施加過載輸出，過載時(shí)間tOVL達(dá)到50ms，芯片將會(huì)啟動(dòng)自我保護(hù)功能，關(guān)閉自動(dòng)重啟電路的功率部分 ，重啟時(shí)間tRESTART時(shí)間典型值為1秒(圖7)。這樣設(shè)計(jì)可確保轉(zhuǎn)換器保持較低的重啟嘗試重復(fù)率，使轉(zhuǎn)換器安全地工作，保持極低的功耗吞吐量，避免過載現(xiàn)象反復(fù)出現(xiàn)時(shí)芯片過熱。

　　圖7 – 穩(wěn)態(tài)期間的過載保護(hù)

　　此外，在保護(hù)電路觸發(fā)后的啟動(dòng)期間，內(nèi)部軟啟動(dòng)功能激活(圖8)，實(shí)際上，這是過流保護(hù)閾值逐漸提高過程，在內(nèi)部固定周期tSS (8 ms)內(nèi)，IDLIM分8步從0升至400mA標(biāo)稱值。這個(gè)功能的用途是降低二次側(cè)二極管和電路板功率器件上的應(yīng)力，提高系統(tǒng)總體可靠性。

　　圖8 – 在超載保護(hù)期間重啟過程中的軟啟動(dòng)

　　在過載現(xiàn)象消除后，芯片恢復(fù)正常工作。

　　在啟動(dòng)階段，若IDRAIN 在tONMIN時(shí)間內(nèi)升至較高值，則脈沖跨周調(diào)制模式激活，以降低芯片的開關(guān)頻率(圖9)，為電感提供更多的放電時(shí)間，幫助限制漏極峰流值，防止電流失控現(xiàn)象發(fā)生，避免變壓器出現(xiàn)飽和，提高系統(tǒng)總體可靠性。

　　圖9 – 啟動(dòng)期內(nèi)的脈沖跨周調(diào)制模式

　　VIPer0P評(píng)估軟件

　　eDesignSuite：一款以電源管理為主要應(yīng)用的在線仿真工具，用于電源(AC-DC和DC-DC)、LED燈具(AC-DC和 DC-DC)、太陽(yáng)能、充電器、濾波器和天線設(shè)計(jì)。

　　該仿真工具支持許多基于意法半導(dǎo)體產(chǎn)品的拓?fù)?控制器、MOSFET、二極管、保險(xiǎn)、穩(wěn)壓器等)。新產(chǎn)品 VIPer0P即將被列入支持范圍。插入轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)(Vin, Vout, Iout等)，選擇要使用的控制器，幾秒后，eDesignSuite就能生成一個(gè)完整設(shè)計(jì)：帶全部注釋的互動(dòng)電路示意圖、完整的互動(dòng)組件清單、分析圖庫(kù)(例如，主電流和電壓仿真、能效、Bode穩(wěn)定性和功率損耗)和變壓器設(shè)計(jì)。

　　結(jié)論

　　VIPer0P是意法半導(dǎo)體最新推出的創(chuàng)新的綠色智能電源解決方案。

　　VIPer0P讓電源設(shè)計(jì)人員能夠輕松滿足市場(chǎng)對(duì)穩(wěn)健性和能效的雙重要求。

　　STEVAL-ISA174V1評(píng)估套件評(píng)測(cè)結(jié)果證明，基于VIPer0P的開關(guān)電源可輕松滿足能效法規(guī)的嚴(yán)格要求，例如，CoC5和IEC62301的零功耗要求。此外，評(píng)估板套件還能演示IEC電磁兼容性、電磁干擾、電涌、突發(fā)和應(yīng)用性靜電放電等規(guī)范預(yù)認(rèn)證測(cè)試。

　　顯然，VIPer0P為家電廠商帶來增加產(chǎn)品價(jià)值的機(jī)會(huì)。