实现具有(yǒu)更高击穿電(diàn)压和更低待机電(diàn)流的离線(xiàn)辅助電(diàn)源

2020-05-12

现在，提高能(néng)效的需求正在影响自动化的所有(yǒu)领域。这包括家庭中的白色家電(diàn)，这是在家庭自动化与现在的意义完全不同的时候构思出来的。几十年前，当我们开始依赖这些设备时，能(néng)源的财務(wù)和环境成本就没有(yǒu)為(wèi)消费者带来的便利那么重要，但是这种不平衡最近已经改变，现在正在解决。

尽管尽了很(hěn)大的努力，许多(duō)家用(yòng)白色家電(diàn)由于其功能(néng)始终会需要大量能(néng)源，其中包括热水或空气（水壶，烤箱，淋浴，洗衣机），冷却空气或其他(tā)流體(tǐ)（冰箱），对流的组合（适用(yòng)于烤面包机和烤箱）或通用(yòng)运动（洗衣机/干衣机和吸尘器中的電(diàn)动机）。在消费环境中，这些设备需要大约kWs的能(néng)量，对房主而言是极大的電(diàn)力成本。

除此之外，越来越多(duō)的消费类设备正在提供越来越复杂的控制功能(néng)或用(yòng)户界面。这些本质上是低功耗应用(yòng)，例如传感器，显示器和触敏面板。使用(yòng)旨在提供高電(diàn)流水平的相同電(diàn)源為(wèi)这些辅助功能(néng)部件提供電(diàn)源本质上效率低下，尤其是当这些功能(néng)是在不使用(yòng)主要耗電(diàn)功能(néng)部件时需要使用(yòng)的功能(néng)时。这引起了对辅助离線(xiàn)電(diàn)源的需求，该辅助离線(xiàn)電(diàn)源可(kě)以从交流電(diàn)源提供相对较低的水平，不足40W（通常）的直流電(diàn)源。

此处的主要目的是提供在待机期间也尽可(kě)能(néng)有(yǒu)效的電(diàn)源。為(wèi)了实现这一目标，需要以尽可(kě)能(néng)节省成本，节省空间和节省能(néng)源的方式来实现電(diàn)源。

产品设计工程师还需要考虑白色家電(diàn)的安全要求。在電(diàn)源方面，这通常要求一种隔离的解决方案，但是在某些情况下，可(kě)以通过物(wù)理(lǐ)设计提供相关规范要求的電(diàn)气隔离级别。因此，针对低功耗辅助离線(xiàn)電(diàn)源应用(yòng)空间的隔离和非隔离低功耗SMPS解决方案的需求不断增長(cháng)。 

完全集成的解决方案

更高集成度和更强大的半导體(tǐ)制造工艺的总體(tǐ)趋势使设备制造商(shāng)能(néng)够开发单芯片解决方案以进行离線(xiàn)功率转换。通过将开关MOSFET和控制電(diàn)路集成到单个器件中，现在可(kě)以更容易地设计具有(yǒu)更高功率密度水平的开关模式電(diàn)源，以提供可(kě)部署在白色家電(diàn)的多(duō)个區(qū)域中的辅助電(diàn)源，这些區(qū)域已针对这种情况进行了优化。诸如上述辅助功能(néng)所需的電(diàn)量。

辅助電(diàn)源所需的功率会因应用(yòng)和功能(néng)的不同而有(yǒu)所变化，从不到1W到高达70W。上海韬放電(diàn)子在此应用(yòng)领域开发解决方案的历史由来已久，设备种类繁多(duō)且不断增長(cháng)。

随着对超低功率辅助電(diàn)源的需求不断增加，一些公司最近推出了NCP1067x系列高压开关，该系列是為(wèi)可(kě)非隔离（图1）或隔离（图1）的低功率离線(xiàn)开关模式電(diàn)源开发的。图2）经设计。它采用(yòng)SOIC7封装提供了完全集成的控制器和功率MOSFET，使其非常小(xiǎo)巧。

图1：典型的非隔离应用(yòng)（降压转换器）

图2：典型的隔离应用(yòng)（反激转换器）

NCP1067x在固定频率模式下运行时，当负载下降时，它会自动进入待机模式，以降低功耗，它使用(yòng)跳周期操作。尽管该设备具有(yǒu)自供電(diàn)设计，这意味着它不需要变压器上的辅助绕组，但如果有(yǒu)辅助绕组可(kě)用(yòng)，则可(kě)用(yòng)于启用(yòng)自动恢复过压保护功能(néng)。通过基于时间的检测还可(kě)以实现输出短路保护的自动恢复。

韬放電(diàn)子的超高压技术，NCP1067x具有(yǒu)集成的700V功率MOSFET，其R DS（on）低至12Ω。在连接到230V AC的开放式配置中，开发人员可(kě)以实现能(néng)够提供15.5W功率的電(diàn)源。為(wèi)了改善EMI，NCP1067x通过在标称开关频率上引入±6％的变化来利用(yòng)频率抖动。设备内部产生用(yòng)于施加抖动的扫描锯齿波形。在非隔离式设计中，使用(yòng)了一个反馈引脚，该引脚将一小(xiǎo)部分(fēn)输出電(diàn)压施加到集成的跨导放大器。

对更高击穿電(diàn)压的需求不断上升

辅助電(diàn)源设计的另一个关键趋势是要求功率MOSFET或BV DS两端具有(yǒu)更高的击穿電(diàn)压。通常，这与晶體(tǐ)管的物(wù)理(lǐ)尺寸有(yǒu)关，这意味着较大的击穿電(diàn)压需要较大的晶體(tǐ)管。在许多(duō)情况下，这将导致解决方案对于大多(duō)数目标应用(yòng)程序而言既太大又(yòu)太昂贵。

对于大多(duō)数集成了MOSFET的SMPS开关，使用(yòng)的技术都是平面的。為(wèi)了满足市场对尺寸和成本的限制，这导致设备的BV DS為(wèi)700V。但是，较高的BV DS可(kě)以為(wèi)電(diàn)源浪涌和電(diàn)压尖峰提供更好的保护，从而使最终产品更坚固。因此，為(wèi)切换台提供更高的BV DS仍具有(yǒu)不断增長(cháng)的势头，而更高的BV DS仍可(kě)提供低成本的小(xiǎo)型BoM解决方案。

為(wèi)了应对这一点，开发商(shāng)开发了一个交换模块，集成的SMPS控制器与功率MOSFET使用(yòng)其的SuperFET内置® 2超级结技术，创造，提供了一个BV模块DS 800V的，但仍然可(kě)以在一个塑料制成双列直插式包装。这个革命性的产品系列是第一个為(wèi)制造商(shāng)提供可(kě)行的解决方案，以提高产品性能(néng)，同时仍然满足市场的商(shāng)业需求的产品。

FSL5x8電(diàn)流模式开关系列采用(yòng)PDIP-7封装，包括PWM控制器和SUPERFET 2功率MOSFET。通常，要达到800V的击穿電(diàn)压，将需要使用(yòng)控制器和单独的分(fēn)立MOSFET，但是由于开发商(shāng)的SUPERFET 2技术，该公司已能(néng)够将这两种器件集成到一个小(xiǎo)封装中。

这使设计人员能(néng)够利用(yòng)一个可(kě)用(yòng)于隔离式（图3）和非隔离式（图4）反激式设计的器件来解决40W左右的低功耗离線(xiàn)辅助電(diàn)源设计的高端问题。

图3：隔离的光耦合器反馈（启用(yòng)線(xiàn)路检测）

图4：非隔离直接反馈（禁用(yòng)線(xiàn)路检测）

NCP1067x和FSL5x8产品均增加了跨导放大器作為(wèi)比较器，使设计人员更容易开发非隔离的反激式電(diàn)源，从而优化了可(kě)用(yòng)的電(diàn)路板空间并最小(xiǎo)化了BoM。

由于绝大多(duō)数低功耗离線(xiàn)電(diàn)源以反激模式运行，韬放電(diàn)子電(diàn)源解决方案产品组合中的这两个新(xīn)增功能(néng)通过更高的集成度带来更高的性能(néng)和可(kě)靠性，从而带来更高的性能(néng)，更高的功率密度和更低的BoM费用(yòng)。

尽管所有(yǒu)非隔离式電(diàn)源的设计都限制了它们可(kě)提供的功率，但此处概述的发展表明，可(kě)以针对低功耗离線(xiàn)電(diàn)源应用(yòng)领域的低端和高端设计切换器。辅助電(diàn)源模块。而且，由于非隔离式反激式转换器通常比隔离式变體(tǐ)更有(yǒu)效，因此也将实现运营成本。

使用(yòng)辅助离線(xiàn)電(diàn)源的主要目的是减少最终产品使用(yòng)的待机電(diàn)流。通过选择针对应用(yòng)进行优化的高度集成的设备，开发人员现在可(kě)以以较小(xiǎo)的電(diàn)路板空间和最小(xiǎo)的BoM成本实现这一目标。