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作者：飛兆半導體公司 Hangseok Choi 日期：2009-10 盡管大多數家電和辦公設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(shí)上其內部電路都需要低壓直流電。因此，電源必須把交流電壓轉換為低直流電壓。根據Ecos consulting公司的研究結果表明，現在美國使用的AC/DC電源大約為30億個(gè)，而全球約100億個(gè)。隨著(zhù)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(lái)越關(guān)注電源效率的問(wèn)題。美國加州能源委員會(huì ) (California Energy Commission，CEC)針對外部電源提出了強制性效率標準，而目前采用自愿性規范計劃的地區也正在考慮制定強制性標準，以推動(dòng)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節能力，如圖1所示。而對于需要精確輸出電流調節的應用，電流檢測是必需的，但這卻會(huì )導致額外的損耗。在身處節能法規壓力不斷增加的環(huán)境之中，輸出電流檢測一直是電源設計人員面臨的一個(gè)艱巨挑戰。 
圖1 傳統次級端調節反激式轉換器 在充電器設計中，電源的初級端調節可能是容易滿(mǎn)足CEC效率要求的最佳解決方案。這是因為初級端調節只利用電源初級端的信息來(lái)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(shí)現效率更高的電源設計，同時(shí)不會(huì )產(chǎn)生龐大的成本費用。 初級端調節的基本概念 圖2所示為初級端調節反激式轉換器的基本電路及其典型波形。一般而言，斷續傳導模式(DCM)因輸出調節性能較好，是初級端調節的首選工作模式。初級端調節的關(guān)鍵在于如何在無(wú)直接檢測的前提下獲得輸出電壓和電流的信息。一旦獲得這些數值，通過(guò)傳統的PI控制方法就可以輕易進(jìn)行控制。
圖2 初級端調節反激式轉換器及其典型波形 在MOSFET導通時(shí)間TON內，初級端電感Lm加載輸入電壓VIN。于是，MOSFET電流Ids從0線(xiàn)性增加到峰值Ipk。在這段時(shí)間內，能量從輸入端轉移存儲在電感中。當MOSFET關(guān)斷時(shí)，存儲在電感中的能量促使整流二極管D導通。在二極管導通時(shí)間TD內，輸出電壓Vo加載在次級端電感上，為L(cháng)m×Ns2/Np2，二極管電流ID從峰值(Ipk×Np/Ns)線(xiàn)性下降至0。在TD結束時(shí)，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，在導通時(shí)間結束時(shí)，二極管電流減小為0，故這時(shí)輔助繞組電壓能最好地反映出輸出電壓。因此，通過(guò)在二極管導通結束時(shí)對繞組電壓進(jìn)行簡(jiǎn)單采樣，就可以得到輸出電壓的信息。二極管導通時(shí)間則可通過(guò)監控輔助繞組電壓而獲得。
圖3 集成式電源開(kāi)關(guān)(FSCQ列)內部模塊示意圖 集成式初級端調節控制器 初級端調節 PWM 控制器如飛兆半導體公司的FAN102，是一種專(zhuān)門(mén)處理初級端調節電源設計的技術(shù)。這種技術(shù)可顯著(zhù)簡(jiǎn)化以滿(mǎn)足更嚴苛效率要求的設計難題，并省去增加成本和可靠性較差的外部組件。FAN102還具有用于待機模式的綠色工作模式，并滿(mǎn)足國際能源署(IEA)1W倡議要求，1W倡議旨在把待機功耗降至1W以下。圖3給出了FAN102的內部結構。該器件帶有一個(gè)集成式輸出電纜壓降補償和外部組件溫度變化補償電路。內部振蕩器的抖頻則可減小EMI。FAN102的另一個(gè)重要特性是VDD范圍很寬，為5～28V。當電源工作在恒定輸出流模式時(shí)，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(shí)也能夠實(shí)現穩定的恒定電流調節。 |
