线性稳压器危机四伏

技术分类: 电源技术  | 2006-01-10
David Marsh,EDN特约技术编辑

能。

LNK564 适合用于替换线性变压器的应用,对线性变压器来说,电压与电流的稳定性相对较宽松,LNK564电路可以从通用交流输入线获得 2W 功率,平均效率为 60%,无负载功耗低于 150 mW


  新芯片的特点是提高了安全性,如很宽滞后的75℃过热关断。Sutherland 称使用低成本 SRBP(合成树脂胶合纸)印制电路板时,这种预防措施是很有必要的,因为这种电路板的平均耐受温度低于100℃。中档的 LNK363 的批量价格不到 2 美元,可以帮助设计师降低典型的 3W 稳压电源制造成本。与之相比,Sutherland 指出,传统的低成本离线设备中占统治地位的自激振荡 RCC(环状扼流圈转换器)设计几乎没有任何保护措施。此外,RCC 设计不可能将无负载功耗降到可接受的限度,因为它们会在轻载时提高开关频率,有损效率(见附文“剖析”)。

磁性元件设计是关键

  Sutherland 在强调变压器设计的重要性时认为,应在变压器中对平衡和抵销屏蔽进行仔细布局,在 10W左右的很多应用中,无需共模扼流圈或 Y电容器就可能满足 EMC 标准。他举例说,EE-16变压器的典型价格约为0.20美元(批量50万件),并指出该公司与德国的 Kaschke公司和Vogt Electronic公司以及印度的Hical Magnetics公司有伙伴关系,它们都专门提供适合PI设计的变

压器。PI Expert Suite 设计软件现在也包括变压器设计程序,它能产生有关结构的详细指令,包括满足EMC要求的屏蔽选择,以及线轴上绕组的精确绞合。电路设计软件的其他改进包括支持负极性输出、额定二极管电桥正向电流与反向电压,以及将设计结果输出为 Word 和 Html 格式的功能。

  STMicroelectronics(ST)公司功率 MOSFET 营销经理 Maurizio Guidice 说,在离线充电器市场上,效率与成本、尺寸与重量都是重要的差异化因素。“消费者只是不喜欢沉重的大家伙。充电器比手机还重的产品是无人问津的。”他还估计,在 5W ~ 7W 范围内,开关模式设计的成本会很快低于等效额定值的线性电源的一半。ST 的 Viper 系列就是为满足这个市场需求的产品,它包括数种集成 PWM 控制器以及功率 MOSFET IC,在直流输入电压为 600V ~ 700V 时最大输出电流范围为0.352A ~ 3A。Giudice 将 600V~800V电压看作今天离线通用输入 MOSFET 应用的“分水岭”,他所在公司现在销售适合于大功率电源的 400V ~ 1kV 分立器件,出于热管理和成本因素,这些电源以今天的工艺技术无法与控制逻辑集成。

  ST 的低功耗 Viper12A是面向从通用输入交流电路获得 5W 功率电平的电源,采用 SO-8 封装,稍高功率的(8W)则用 DIP 封装。此外,该芯片可以将待机功耗降到 100 mW 以下,因此适合于全球的大多数离线充电器应用,这一点也符合欧盟准备在 2006 年以后对墙挂式适配电源的要求。另外它还可以用于白色家电中最低成本的非隔离电源配置。该器件内部包括一个固定频率为60 kHz的振荡器,以及一个控制 MOSFET 的中央逻辑块。该芯片采用电流模式 PWM 拓扑,包括监控电源线欠压和过压、芯片过热以及输出驱动级电流的内部电路的输入。电流检测反馈管脚提供整体设置点控制,当供给低输出电流时自动将芯片切换至脉冲串模式。这种安排可以在 8 脚封装上有效地安置四个连接,分别为 MOSFET 的漏与源,以及控制逻辑的反馈与 Vdd,Vdd电源一般取自辅助变压器绕组和二极管-电容器电路。宽松的 9V ~ 38V 工作电压范围进一步降低了实施成本。

  为了帮助用回扫拓扑设计来配置SMPS,ST 免费下载的 Viper Design 软件套件可使工程师实现电路性能变化的估计,特别是传导损耗、发热问题以及针对一组输入变量的效率估计。用户可以用软件面板修改重要参数,如交、直流电路输入参数、变压器配置、Viper 器件选择,以及输出规格。更重要的是,该软件可以对用户选择的几个输出值自动完成变压器设计,并且有详尽的信息,如建议的磁芯材料和绕组结构,以及计算功耗和核心温升(图 5)。另外还有一个令人印象深刻的波形仿真器,可以绘出多种参数的轨迹,如 MOSFET 漏极电压和电流、电路增益和相位,以及总功耗、效率与输入电压和输出功率的关系。材料清单可以立即用于硬件原型设计。

该软件可以对用户选择的几个输出值自动完成变压器设计


  德州仪器(TI)公司已经有一段时间缺席离线SMPS市场的竞争了。TI系统电源管理部的应用工程师 Aung Tu 说,TI 的 UCC3581 是第一款“绿色芯片”SMPS 控制器。在 1996/97 年时,该芯片的微功耗源于 ISDN 电话线对功耗的需要。TI目前正在计划的新一代绿色控制器,用于 50W 以上的功率等级,适合于必须满足能源之星以及类似要求的应用。Tu 指出,在 75W 等级有一个自然的门槛,超过这个门槛欧洲法规要求达到有

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