簡化離線式開關電源的設計
表2列出了兩種模式的優(yōu)缺點。
兩種模式各有其優(yōu)缺點,可根據設計要求進行選擇??梢蕴暨x大負載的連續(xù)模式設計,或選擇小負載的非連續(xù)模式設計。有電壓和電流兩種控制模式,在電壓模式中,次邊電壓被反饋,直接控制工作循環(huán);而在電流模式中,次邊電壓被反饋,控制最大的開關電流,即控制IC的PWM部分使開關閉合,當電流達到反饋設定的極限時,開關就斷開。
控制器的選擇
過去,大多數SMPS系統(tǒng)采用分立控制器IC和用場效應晶體管(FET)作為開關,現在可以采用集成控制器,這些集成器件針對各種功率級別和應用進行了優(yōu)化,通??煞譃殡p芯片式和單芯片式兩類。雙芯片式包括控制器芯片和MOSFET芯片,而單芯片式僅有一個芯片,一般采用BCDMOS工藝制造。采用BCDMOS工藝制造高壓功率MOSFET器件,它的局限性多于采用優(yōu)化MOSFET工藝制造的器件。通常,采用BCDMOS工藝制造的芯片的單位面積RDS(on)值會高出許多。
然而,單芯片解決方案的成本較低,在低功率應用領域具有優(yōu)勢。因此,一般是為高功率應用選擇雙芯片方案,而為低功率應用選擇單芯片方案,高低功率的分界點在15至20W左右,飛兆半導體有提供兩種類型的功率開關。
應用實例
圖4所示為采用KA5M0365R的通用開關模式電源的電路圖,KA5M0365R是雙芯片器件。電源的輸入電壓為85~265VAC,開關頻率為66kHz,輸出為3.3V、1.2A,5V、1.5A,9V、0.5A和33V、0.1A。
內部MOSFET的額定值為3A和650V,但不是簡單的MOSFET,而是SenseFET,其源極面積約有1%被隔離出來,形成次感應源極。漏極電流的1%來自感應源極,它流經集成電阻器,便于準確地測量電流值,不存在與外部電流采樣電阻器相關的損耗。
自線路輸入端開始,首先是一個用于抑制EMI的濾波器,接下來是橋型整流器、NTC電阻器和濾波電容器。NTC電阻器用于避免開關閉合時的電流浪涌。在第一次接通電源時,FPS以旁路模式工作,吸收極少的電流,Vcc電容器被充電,一旦達到電壓鎖定閾值15V范圍的上限,該器件就開始開關,它的電流需求增加,Vcc電壓開始下降。然而,假定Vcc電容器足夠大,Vcc電壓仍保持在電壓鎖定閾值范圍的較低水平,在正常運作期間,第三線圈開始供電。
緩沖網絡(Snubber Network)連接在變壓器初級的兩端,以確保變壓器泄漏電感引起的尖峰信號,不會造成開關漏極電壓超過其擊穿電壓。如果超過擊穿電壓,器件會發(fā)生雪崩,由于它具有一定的雪崩額定值,這樣僅僅多消耗一點功率,不需配置昂貴的齊納緩沖器。
有四個次級線圈提供四路電壓輸出,通過一個光耦,由431型電壓參考器提供反饋信號。
保護功能
所有的離線式電源必須達到一定的安全標準,圖4所示的設計具有良好的保護功能,得益于控制器具有的過載保護、過壓保護、過流保護、欠壓保護和過熱保護特性。
如果電源超負載但未短路,輸出電壓將會降低,反饋電壓上升,占空比增加以進行補償。然而,因為初邊電流有限,可轉換的最大功率也是有限的,因此反饋電壓將繼續(xù)上升。一旦它達到閾值,器件的開關動作就會停止。過載保護可延時以避免負載瞬變導致的錯誤觸發(fā)。如果在反饋回路中出現開路故障,反饋引腳電壓將上升,導致工作循環(huán)增加,輸出電壓也將上升,Vcc引腳電壓同樣也上升,一旦Vcc電壓達到保護閾值,設備就關閉,以避免損害次級。
如果在反饋回路中出現短路故障,反饋引腳將接地,器件的開關動作也會停止。如果次級整流器發(fā)生短路,或負載短路,在開關閉合之后,立即有大電流流經開關,從而造成損害。因此,器件會測量在開關閉合后極短時間內的電流,如果電流值比閾值高,器件會停止運轉。如果器件試著自動重新啟動,保護功能會鎖死開關動作以避免重復的應力。另外,器件具有前沿屏蔽功能。
針對特定應用的改進
低功率電源常常是備用、輔助電源,或用于內務處理,FSDH0165或FSDH565等單芯片器件適用于此類電源,芯片集成了控制器和SenseFET。
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