采用負載點調(diào)節(jié)提高機頂盒設計的性能

有線電視和衛(wèi)星廣播內(nèi)容提供商正在不斷向激烈競爭的市場推出新業(yè)務。這些新業(yè)務包括互聯(lián)網(wǎng)接入、視頻點播、支持 DVD/CD 播放器和硬盤驅(qū)動器等，這正在使簡單的機頂盒(STB)逐步發(fā)展成為功能強大的家庭網(wǎng)關。這些先進的機頂盒在家中形成了一個局域網(wǎng)(LAN)。因此，機頂盒一般有以太網(wǎng)或 火線端口，或采用其它通信方式，甚至可能是藍牙。這些更加復雜的機頂盒反過來又需要消耗更多功率。隨著這些系統(tǒng)消耗功率的提高，系統(tǒng)設計師對于溫度上升、產(chǎn)品上市時間、效率、監(jiān)管機構批準、成本、上電順序和功率因數(shù)校正(PFC)等問題也越來越擔憂了。

　　消除這些擔憂的一種方法是將電源架構從傳統(tǒng)的多路輸出反激式電源改為較高性能、更加靈活并具有負載點(POL)穩(wěn)壓器的分布式電源架構。目前大多數(shù)機頂盒采用離線式多路輸出反激式電源架構。這些電源提供 30W 功率，轉(zhuǎn)換效率最高為 65%。先進的機頂盒電源采用單一分布式直流電壓(如12V)提供高達 65W 功率，并采用下游負載點穩(wěn)壓器，整體轉(zhuǎn)換效率高達 80%。

　　內(nèi)容提供商提供的服務決定了機頂盒的特點，如處理器功耗、調(diào)制解調(diào)器速度、傳輸介質(zhì)、是否包括 DVD 播放器或硬盤驅(qū)動器以及 I/O 端口數(shù)量。機頂盒的標準架構是基于外部設備計算機接口(PCI)總線，從表面看與筆記本式 PC 類似。不過，盡管 PC 架構全世界相同，但是不同地區(qū)甚至不同制造商的機頂盒架構變化卻很大。當然，由于消費者的需求容易改變，因此隨著服務的不斷變化，機頂盒配置也在不斷變化之中。功能決定對電源的要求，而且唯一明顯的趨勢是系統(tǒng)功耗在提高。服務提供商之間的競爭和地區(qū)差別意味著，讓機頂盒按時上市有相當大的壓力。由于電源設計導致延遲交貨是無法容忍的，因為這可能丟失市場份額。

　　機頂盒電源要求在設計周期后期發(fā)生變化是常見的。然而，最不希望發(fā)生的事情就是由于電源而推遲機頂盒的開發(fā)進度，但是如果需要采用離線式多路輸出反激式電源，就有可能發(fā)生這種情況。設計這樣一個電源并在安全性和 EMI 性能方面獲得監(jiān)管當局批準可能需要 6 到 9 個月時間，甚至長達一年。采用多路輸出反激式設計，后期變化可能導致必須長時間反復設計磁性元件。因此，在某些情況下，絕望的設計師會增加二極管壓降，以適應最后出現(xiàn)的輸出電壓或電流需求的變化。

　　標準現(xiàn)售交流輸入(90V 至 26?V 交流)單輸出電源的優(yōu)點是采用安全部門和 EMI 監(jiān)管當局批準的電源。這些電源用 3.3V 至 48V 的單一輸出電壓實現(xiàn)高達 90% 的電源轉(zhuǎn)換效率。另外，標準現(xiàn)售單輸出電源價格不貴，提供幾種尺寸，大批量生產(chǎn)，適合很多應用。使用這種電源可以將開發(fā)周期縮短 6 個月。即使功率最大值提高也沒關系，因為考慮到可能需要更高功率，設計師從開始伊始就可以計劃出 20% 至 30% 的冗余量，這不會提高很多成本或占用很多電路板面積。

圖1：在 7V至24V電源范圍內(nèi)工作的雙路 3.3V/2.5V輸出LTC3850應用原理圖。

　　功率因數(shù)校正是影響機頂盒電源的另一個問題。IEC/EN61000-3-2 規(guī)范對輸入功率大于等于75W的供電系統(tǒng)有諧波電流幅射的限制。實際上，輸入功率超過 75W 時，這個規(guī)范要求額外的電路。效率為 65% 的多路輸出反激式電源可在不需要額外功率因數(shù)校正電路時提供 49W 的最大輸出功率。效率達 90%的分布式電源與效率為 90% 至 95% 的下游負載點穩(wěn)壓器結(jié)合起來無需功率因數(shù)校正電路就可提供 60W 至 6?W 功率。較高效率的明顯好處是減少熱量、減少通風要求并延長平均故障間隔(MTBF)時間。

　　凌力爾特公司提供了完整的高效率同步負載點 DC/DC 開關穩(wěn)壓器系列產(chǎn)品，包括模塊、單片電路和控制器。LTC3850是最近推出的雙輸出負載點 DC/DC 開關穩(wěn)壓器控制器，能以 95% 的效率將 12V 轉(zhuǎn)換成 5V/5A，或以 92% 的效率將 12V 轉(zhuǎn)換成 3.3V/5A以及以 91% 的效率將 12V 轉(zhuǎn)換成 2.5V/5A。

　　LTC3850 是一個雙路輸出同步降壓型開關穩(wěn)壓器控制器，可以驅(qū)動 所有N 溝道功率MOSFET 級電路。其 4V 至 24V 的輸入范圍適用于多種應用，其中包括大多數(shù)中間總線電壓應用。強大的片上驅(qū)動器允許使用大功率外部 N 溝道 MOSFET，可以輸出0.8V 至 5.5V的電壓，同時提供高達 20A 的輸出電流。

雙路輸出、具有DCR檢測功能的5A穩(wěn)壓器

圖 1所示是一種基于 LTC3850 的電路，該電路在 7V 至 24V 的輸入范圍內(nèi)工作，開關頻率為 530kHz，無需電流檢測電阻，提供 2.5V/5A 和 3.3V/5A 的獨立輸出。通過將電感器的直流電阻用作電流檢測單元，該應用電路在滿負載電流時消耗可能最低的功率。效率高于 90%，效率曲線如圖2所示。

圖2：圖1電路的效率曲線。