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作者：飛兆半導(dǎo)體公司 Hangseok Choi 日期：2009-10 盡管大多數(shù)家電和辦公設(shè)備都是直接插入墻上的電源插座，由高壓交流電供電，但事實上其內(nèi)部電路都需要低壓直流電。因此，電源必須把交流電壓轉(zhuǎn)換為低直流電壓。根據(jù)Ecos consulting公司的研究結(jié)果表明，現(xiàn)在美國使用的AC/DC電源大約為30億個，而全球約100億個。隨著這些電源的日益普及和對環(huán)境的影響加劇，全球各地都越來越關(guān)注電源效率的問題。美國加州能源委員會 (California Energy Commission，CEC)針對外部電源提出了強制性效率標(biāo)準(zhǔn)，而目前采用自愿性規(guī)范計劃的地區(qū)也正在考慮制定強制性標(biāo)準(zhǔn)，以推動電源效率進(jìn)一步提高。 外部電源中有一半以上是用于便攜式電子產(chǎn)品，例如筆記本電腦、手機(jī)和MP3播放器，因此它們具有用于電池充電的輸出電壓和輸出電流調(diào)節(jié)能力，如圖1所示。而對于需要精確輸出電流調(diào)節(jié)的應(yīng)用，電流檢測是必需的，但這卻會導(dǎo)致額外的損耗。在身處節(jié)能法規(guī)壓力不斷增加的環(huán)境之中，輸出電流檢測一直是電源設(shè)計人員面臨的一個艱巨挑戰(zhàn)。 
圖1 傳統(tǒng)次級端調(diào)節(jié)反激式轉(zhuǎn)換器 在充電器設(shè)計中，電源的初級端調(diào)節(jié)可能是容易滿足CEC效率要求的最佳解決方案。這是因為初級端調(diào)節(jié)只利用電源初級端的信息來精確控制輸出電壓和電流，不僅避免了輸出電流檢測損耗，還可省去所有次級反饋電路，有利于實現(xiàn)效率更高的電源設(shè)計，同時不會產(chǎn)生龐大的成本費用。 初級端調(diào)節(jié)的基本概念 圖2所示為初級端調(diào)節(jié)反激式轉(zhuǎn)換器的基本電路及其典型波形。一般而言，斷續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)因輸出調(diào)節(jié)性能較好，是初級端調(diào)節(jié)的首選工作模式。初級端調(diào)節(jié)的關(guān)鍵在于如何在無直接檢測的前提下獲得輸出電壓和電流的信息。一旦獲得這些數(shù)值，通過傳統(tǒng)的PI控制方法就可以輕易進(jìn)行控制。
圖2 初級端調(diào)節(jié)反激式轉(zhuǎn)換器及其典型波形 在MOSFET導(dǎo)通時間TON內(nèi)，初級端電感Lm加載輸入電壓VIN。于是，MOSFET電流Ids從0線性增加到峰值Ipk。在這段時間內(nèi)，能量從輸入端轉(zhuǎn)移存儲在電感中。當(dāng)MOSFET關(guān)斷時，存儲在電感中的能量促使整流二極管D導(dǎo)通。在二極管導(dǎo)通時間TD內(nèi)，輸出電壓Vo加載在次級端電感上，為Lm×Ns2/Np2，二極管電流ID從峰值(Ipk×Np/Ns)線性下降至0。在TD結(jié)束時，所有存儲在電感中的能量都釋放到輸出端。在此期間，輸出電壓和二極管正向壓降之和反射到輔助繞組端，表示為(Vo+VF)×Na/Ns。由于二極管正向壓降隨電流減小而減小，在導(dǎo)通時間結(jié)束時，二極管電流減小為0，故這時輔助繞組電壓能最好地反映出輸出電壓。因此，通過在二極管導(dǎo)通結(jié)束時對繞組電壓進(jìn)行簡單采樣，就可以得到輸出電壓的信息。二極管導(dǎo)通時間則可通過監(jiān)控輔助繞組電壓而獲得。
圖3 集成式電源開關(guān)(FSCQ列)內(nèi)部模塊示意圖 集成式初級端調(diào)節(jié)控制器 初級端調(diào)節(jié) PWM 控制器如飛兆半導(dǎo)體公司的FAN102，是一種專門處理初級端調(diào)節(jié)電源設(shè)計的技術(shù)。這種技術(shù)可顯著簡化以滿足更嚴(yán)苛效率要求的設(shè)計難題，并省去增加成本和可靠性較差的外部組件。FAN102還具有用于待機(jī)模式的綠色工作模式，并滿足國際能源署(IEA)1W倡議要求，1W倡議旨在把待機(jī)功耗降至1W以下。圖3給出了FAN102的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該器件帶有一個集成式輸出電纜壓降補償和外部組件溫度變化補償電路。內(nèi)部振蕩器的抖頻則可減小EMI。FAN102的另一個重要特性是VDD范圍很寬，為5～28V。當(dāng)電源工作在恒定輸出流模式時，控制IC的供電電壓VDD隨輸出電壓而變化。因此，VDD范圍決定了恒定電流控制的范圍，而且FAN102即使在輸出電壓低于四分之一額定值時也能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的恒定電流調(diào)節(jié)。 |
