節(jié)能家電電源整體解決方案

　　摘要：家電是節(jié)能推行過(guò)程中重要的一部分。 在本文中，推薦了家電電源的整體解決方案。 通過(guò)融合最先進(jìn)的技術(shù)，能夠設(shè)計(jì)出頂尖的開(kāi)關(guān)電源，這引起了系統(tǒng)設(shè)計(jì)者極大的興趣。 本文描述每款產(chǎn)品的功能特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，并列出評(píng)估板的測(cè)試結(jié)果。

　　引言

　　家庭使用的電量中，有多達(dá)一半用于供暖和制冷。 因此，明智地選擇供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)，對(duì)電費(fèi)賬單會(huì)有很大影響。 家庭里節(jié)約用電也有利于保護(hù)環(huán)境。 在這個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻，半導(dǎo)體供應(yīng)商在開(kāi)發(fā)能效改進(jìn)技術(shù)方面正日益發(fā)揮重要作用。 大多數(shù)行業(yè)專家都認(rèn)為，電機(jī)控制、照明、計(jì)算和電源領(lǐng)域是新能源技術(shù)在能耗方面能夠產(chǎn)生重大影響的領(lǐng)域。 結(jié)合對(duì)系統(tǒng)和應(yīng)用的深入理解以及產(chǎn)品的改進(jìn)，能夠產(chǎn)生使能源使用效率最大化的解決方案。 通過(guò)減少能源浪費(fèi)，可以在不影響消費(fèi)者選擇的情況下，實(shí)現(xiàn)大幅節(jié)能。

　　反激式轉(zhuǎn)換器 IC

　　FSL176MRT 由脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 控制器和 SenseFET 組成，專用于離線式開(kāi)關(guān)電源并且外圍器件最少 (SMPS)。 PWM 控制器包括集成式固定頻率振蕩器、欠壓閉鎖、前沿消隱、優(yōu)化的柵極驅(qū)動(dòng)器、內(nèi)部軟啟動(dòng)、用于環(huán)路補(bǔ)償?shù)木哂袦囟妊a(bǔ)償?shù)木茈娏髟春妥晕冶Ｗo(hù)電路。 它提供的保護(hù)功能包括過(guò)載保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、異常過(guò)流保護(hù)、帶滯洄的內(nèi)部過(guò)熱關(guān)斷功能、逐脈沖電流限制、以及輸出短路保護(hù)。 這些高級(jí)保護(hù)功能可以確保轉(zhuǎn)換器的可靠操作。 它還提供實(shí)現(xiàn)低電磁干擾 (EMI) 的隨機(jī)頻率波動(dòng)功能，如圖 1 所示。電磁干擾 (EMI) 的噪音量與開(kāi)關(guān)頻率直接相關(guān)。 在 FSL176MRT 中，工作頻率由外部反饋電壓和內(nèi)部自激振蕩器在每次開(kāi)關(guān)時(shí)隨機(jī)確定。 因此，電磁干擾 (EMI) 噪音在典型開(kāi)關(guān)頻率周圍擴(kuò)散，因此可以降低。 此外，還可以降低為了符合電磁干擾 (EMI) 規(guī)范(例如 EN55022)而需要使用輸入濾波器所帶來(lái)的成本?！　?/p>

　　同步整流控制器

　　FAN6204 是一款用于驅(qū)動(dòng)同步整流 MOSFET 的次級(jí)端同步整流控制器，可提高效率。 它采用了創(chuàng)新的線性預(yù)測(cè)時(shí)序控制，用于確定同步整流 MOSFET 的開(kāi)啟和關(guān)閉。 這種控制技術(shù)偵測(cè)的是變壓器繞組的電壓和輸出電壓，而不是通過(guò) MOSFET 的電流。 因此，可以保證更好的抵抗噪聲能力。 另外，這種技術(shù)并不需要來(lái)自初級(jí)端的通信信號(hào)，從而可以減少外部組件和簡(jiǎn)化電路板布局。 它還提供各種針對(duì)異常狀況的保護(hù)功能。 對(duì)負(fù)載變化采用錯(cuò)誤因果時(shí)序保護(hù)、柵極擴(kuò)展限制保護(hù)和 RES 瞬降保護(hù)。 提供 LPC 和 RES 引腳開(kāi)路/短路保護(hù)，防止連接到 LPC 或 RES 引腳的電阻損壞時(shí)，控制器出現(xiàn)錯(cuò)誤操作。 另外還提供內(nèi)部過(guò)溫保護(hù)和 Vdd 過(guò)壓保護(hù)。 它還采用 mWSaverTM 技術(shù)。這種技術(shù)可以在節(jié)能模式時(shí)停止控制器的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，以改進(jìn)空載或輕載效率。 在這種情況下，可以將功耗水平降至最低。

　　PowerTrench MOSFET

　　溝道柵極 MOSFET 是在中低壓應(yīng)用中最適合的功率器件。 PowerTrench^®MOSFET 是一款新型的中壓功率 MOSFET，專為同步整流進(jìn)行高度優(yōu)化。 它采用屏蔽柵極結(jié)構(gòu)，其中的保護(hù)電極連接到源極，如圖 2 所示。 屏蔽電極，以及電極與漂移區(qū)之間較厚的氧化層，為漂移區(qū)提供電荷平衡。 這使得在漂移區(qū)可以使用更多的摻雜質(zhì)，從而降低漂移電阻。 與上一代產(chǎn)品相比，MOSFET 的漂移阻抗得到了顯著改進(jìn)。 這個(gè)非常低的 RDS(ON) 直接降低了同步整流 MOSFET 的導(dǎo)通損耗。 在輕載條件下，導(dǎo)通損耗極小，而驅(qū)動(dòng)損耗則更為重要。 對(duì)于功率 MOSFET，柵極電荷參數(shù)是驅(qū)動(dòng)損耗的最重要因素。 這種 MOSFET 的柵極電荷比傳統(tǒng)溝道 MOSFET 低一半以上，在輕載條件下可以顯著降低驅(qū)動(dòng)損耗。 除了 RDS(ON) 和柵極電荷之外，其他參數(shù)，例如體二極管反向恢復(fù)電荷 (Qrr)、內(nèi)部柵極電阻以及 MOSFET (QOSS) 的輸出電荷現(xiàn)在在同步整流中也逐漸變得更為相關(guān)。 這些損耗器件的重要性隨著開(kāi)關(guān)頻率的提高而提高。 同步整流 MOSFET 的開(kāi)關(guān)損耗由下列公式確定。
　　Psw= (Qrr-Qoss)*Vds*fsw
　　顯然，為了獲得更高效率，降低體二極管的反向恢復(fù)電荷尤為重要。 現(xiàn)在，MOSFET 已經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可最大限度地降低體二極管的反向恢復(fù)電荷。

　　系統(tǒng)性能

　　飛兆半導(dǎo)體的解決方案在 40W 額定多輸出開(kāi)關(guān)電源下經(jīng)過(guò)評(píng)估。 它具有 4 個(gè)輸出，其中主輸出為 13.2VDC、2.8A。 其他輸出為兩個(gè) 5V 和 15V，額定電流各為 0.1A。 這是主流電冰箱電源的典型配置。圖 3 顯示了兩個(gè)解決方案的系統(tǒng)效率。 在 220VAC 輸入時(shí)，較之現(xiàn)有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的解決方案，推薦解決方案的效率更高。 在 115VAC 輸入時(shí)，它的效率同樣更高。 應(yīng)注意的是，推薦的解決方案可提供極佳的輕載效率，而這正是在行業(yè)內(nèi)日益關(guān)注的。 圖 4 顯示的是初級(jí)開(kāi)關(guān)管上的峰值電壓。 推薦解決方案的電壓尖峰要低得多，而這有助于提高系統(tǒng)可靠性和降低緩沖器功耗。 測(cè)試還驗(yàn)證了，使用推薦的解決方案，還可以降低主要器件的工作溫度。　　

　　結(jié)論

　　電冰箱每天 24 小時(shí)開(kāi)機(jī)，因此，電源能效對(duì)于消費(fèi)者和環(huán)境保護(hù)都至關(guān)重要。 飛兆半導(dǎo)體提供了領(lǐng)先的初級(jí)開(kāi)關(guān)電源芯片、次級(jí)同步整流控制器和同步整流開(kāi)關(guān)管的技術(shù)。 組合解決方案展示了優(yōu)異的系統(tǒng)效率。