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1 引 言 隨著全球能源危機的加深，人類節能環保意識不斷加強，解決能源的浪費問題需求日趨迫切。世界各國制定相關電子電器產品的待機功耗要求。目前，歐洲委員會和歐洲消費電子制造商協會(EACEC)為消費品制定了法律，要求所有的電源產品的最大空載功耗不得大于0.3 W。 傳統的單端反激式電源采用經典的UC3843控制芯片。UC3843是一款脈寬調制型(PWM)芯片。他是固定開關頻率，通過改變脈沖寬度來調節占空比。其缺點是受驅動脈沖傳輸延時的影響，負載變輕時，調節范同變窄。 另外輸出端一般要接假負載，以防止空載時輸出電壓升高。由于上述原因，采用UC3843控制的腦電采集儀電源的待機功耗偏大，無法滿足現代的節能要求。 安森美公司推出了綠色節能型芯片NCP1351B，該芯片采用固定峰值電流技術(類似于固定Ton)，本文采用該芯片設計的腦電采集儀電源通過降低空載時的工作頻率，滿足了待機低功耗的要求；輸出端不接假負載，輸出電壓也不會升高，能夠提供高穩壓、高精度的電源。 2 NCP1351B簡介 NCP1351B只需要極小的啟動電流(≤20μA)，工作功耗小。其完善的保護功能，可以用來設計多種用途的電源：如輔助電源；低待機功耗的腦電采集儀電源；電池充電器等。各管腳的功能簡述如下： FB：反饋輸入端。流進該端的電流決定芯片的工作頻率。 Ct：定時電容。定時電容容量決定無反饋電流時最大工作頻率。 CS：電流檢測端。接外部開關管的過電流檢測電阻。 GND：地。 DRV：驅動脈沖輸出端。接開關管的柵極。 Vcc：電源端。 LATCH：鎖定輸出端。當該端電壓超過VLATCH(一般為5 V)，將關閉驅動脈沖。 TIMER：定時器設置端。外接電容，將設置保護電路的動作時間。NCP1351B具有如下獨特的特性： (1)類似固定導通時間(Ton)，改變關斷時間(Toff)的電流模式控制； (2)極低的啟動電流； (3)峰值電流補償，減小變壓器的噪音； (4)可編程峰值電流檢測電壓，實現功耗的優化； (5)具有完善的保護功能，包括帶滯后特性的欠電壓保護(UVLO)、過電流保護(亦稱過載保護，OPP)、過熱保護(OTP)、輸出短路保護、控制環路的開環保護等功能； (6)輕負載時，增加關斷時間(Toff)，滿足低待機功耗的要求。 3 NCP1351B的關鍵技術分析 3.1待機工作模式 NCP1351B的待機工作模式基于輕負載時，反饋電流將減小，改變定時電容Ct的充電電壓，調節時鐘比較器翻轉的時間，從而改變工作頻率。 從NCP135 1B的反饋輸入端FB端流進光藕傳遞過來的反饋電流。實際上，FB端相對控制地可以等效一個二極管DFB，受控電流源IFB從控制地流出，在RB偏置電阻產生一個負壓降。此時，時鐘發生器的比較基準電壓值大約等于： 在空載或短路時，IFB幾乎接近于0，VCLOCK電壓達到最高，定時電容的充放電時間將延長，時鐘發生器的翻轉周期(T)將減小(也就是工作頻率增加)。 在峰值電流控制模式下，空載時降低工作頻率。工作頻率會下降到人耳的可聽頻段，產生機械振蕩，很容易發出音頻噪音。NCP1351B通過固定峰值電流檢測，在輕載時、頻率下降，同時峰值電流大約只有最大峰值的30％，以免變壓器發生機械振蕩，產生音頻噪音，維持良好的待機能耗表現。 3.2 負電流檢測技術 3.2.1 正電流檢測技術的缺點 傳統的電流型控制芯片，一般采用正電流檢測技術，這種檢測技術有以下缺點： (1)無法調節峰值電流的檢測電壓，基準電壓集成在控制芯片內部； (2)門電壓等于驅動電壓減去峰值電流檢測電阻(Rsense)上的電壓。 如果VCC=7 V，假設滿載，此時： (3)MOS管開通時(由于Ciss存在)，在Rsense上會產生一尖峰電壓，干擾控制環路，使電源穩定性降低。而負峰值電流檢測技術可以解決上面問題。 3.2.2 電路工作原理 電路工作原理描述如下： (1)當VCS>Vth，電流誤差放大器輸出低電平，不動作。 (2)當VCS 在輕載時，ILp很小，VCS Roffset×ICS。ICS最大值為270μA，通過改變Roffset的阻值，可以減小VCS，調節負峰值電流的檢測電壓。由于控制地與MOS管的源極相連，所以門電壓等于驅動電壓。 4 NCP1351B在腦電采集儀電源設計中的應用 4.1 基于NCP1351B的腦電采集儀電源樣機原理圖 腦電采集儀是醫院中檢測病人腦電圖的常見的設備，由于病人的到來具有不確定性和間隔性，因此其待機工作時間長，這就要求電源在腦電采集儀空閑時自動進入待機工作模式，一旦開始工作時，迅速進入正常工作狀態。要求電源動態響應快，能根據負載情況，自動切換。 基于NCP1351B設計的“綠色節能”腦電采集儀電源樣機原理圖如圖1，2所示。 R1，R2是啟動電阻，提供芯片的啟動電流。 電源第一次啟動時，通過R1，R2和EC2，C8提供工作電源。電源啟動后，輔助繞組給芯片供電。由于變壓器漏感以及PCB板寄生參數的影響，MOS管關斷時會產生很高的尖峰電壓。R3，C2，D5組成一個簡單的RCD鉗位電路，防止M()S管擊穿。R4，C5組成一個低通濾波器，有效抑制尖峰電流的干擾。U3(431)提供2.5 V的基準，與U2B構成輸出級的電壓反饋，通過U2A流過的電流在R上形成反饋電壓，構成一個完整的閉環電路，使輸出級電壓恒定不變。 4.2 實驗結果分析 在輸入電壓220 V時，空載功耗為180 mW；在輸人電壓100 V時，空載功耗為210 mW。 實驗波形如圖3所示： 經過測試，基于NCP1351B的腦電采集儀電源樣品空載功耗小于300 mW，符合目前電源產品的最大空栽功耗不得大于0.3 W的要求。 5 結 語 本文利用NCP1351B芯片良好的待機能耗和完善的保護功能的優點，簡化了腦電采集儀電源的外圍電路設計，從而減小體積、降低成本。 實驗結果表明基于NCP1351B的腦電采集儀電源的負載效應小、穩壓精度高、輸出峰峰雜音小，基本上滿足現有各種電源的要求。 |
