高壓MOSFET控制器簡化非隔離式切換器的設計

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高壓MOSFET控制器簡化非隔離式切換器的設計

有許多應用需要小包裝離線開關電源通過交流電源或必須占用系統(tǒng)主板空間小。這些范圍可以從“永遠在線”用于家庭自動化智能電表，能耗監(jiān)視器家電，在照明應用的高功率因數(shù)低成本的離線式LED驅動器，以滿足總諧波失真(THD)的國際要求， EMC和安全性。更高的效率和輸出電流能力是兩個更令人信服的理由設備制造商遷移到交換機。這些優(yōu)勢將幫助OEM廠商滿足降低功耗的監(jiān)管要求，而對于更大的電流滿足要求。然而，其他的切換器的優(yōu)點，如小型化，更寬的輸入電壓范圍，和故障保護，是顯著的為好。這種集成的控制器，內置高壓MOSFET，用于非隔離的低功率AC / DC轉換應用包括功率半導體制造商，如德州儀器，Power Integrations公司，意法半導體，飛兆半導體和安森美半導體在其他的莊家。 TI近期推出了一款集成控制器UCC28880這些應用程序。它集成了一個脈寬調制(PWM)控制器和700 V MOSFET，以及一個高壓電流源在一個芯片上，從而啟動和直接操作從整流的市電電壓(圖1)。另外，如圖1，它包括一個5伏調節(jié)器和保護功能像一個限流器，過熱保護，欠壓鎖定(UVLO)，以及用于短路在輸出過載的保護。非隔離開關盡管芯片的高功能集成，高壓開關的功耗非常低。的部分的額定為約100的靜態(tài)電流在低負荷與提供100 mA的輸出電流的能力。更重要的是，7引腳SO封裝減小系統(tǒng)尺寸和成本。根據供應商，設計人員可以使用此開關來構建各種轉換器拓撲結構，如降壓，降壓 - 升壓，反激式，具有外部元件數(shù)量最少。圖1：TI的UCC28880集成了控制器和一個單芯片上的700 V功率MOSFET。它還集成了片上高壓電流源。

圖1：TI的UCC28880集成了控制器和一個單芯片上的700 V功率MOSFET。它還集成了片上高壓電流源。對于這種開關IC的快速和容易評估，TI已經創(chuàng)建了基于UCC28880(PMP8550)的參考設計。它提供了使用高側配置降壓非隔離式AC / DC解決方案;設計產生13 VDC和12.8 VDC之間的穩(wěn)壓輸出固定在120 mA和示于圖2。由于參考設計采用狂烈模式，無需環(huán)路補償是必要的，從而降低材料清單(BOM)計數(shù)極少數(shù)如圖2.測性能對于該電路外部元件的顯示，總體效率和上述跨低70%到高負荷的變化為160伏直流輸入，其滴一點點隨著輸入電壓增加至320直流電壓(圖3)。由于輸出電壓調節(jié)好，產量低兩端之間13 VDC和12.8 VDC高負荷變化，每個測試結果的參考設計樣機由TI建成。同樣地，獲得滿意的結果為瞬態(tài)響應和EMI的干擾。

圖2：采用高邊降壓配置中采用的UCC28880的非隔離式AC / DC解決方案。它產生的13 VDC正輸出電壓為120毫安。

圖3：非隔離的AC / DC轉換器在圖2中在寬范圍的輸出電流的測得的效率性能。低成本的解決方案類似，Power Integrations公司解決了其使用LinkSwitch-TN的離線式開關IC的系列低功耗的非隔離式AC / DC的要求。制造商聲稱，開關電源使用的LinkSwitch-TN將提供線性和電容式滴管電源看齊系統(tǒng)成本建造。盡管降低成本，使用LinkSwitch-TN型AC / DC開關不會在性能上妥協(xié)，稱供應商。旨在實現(xiàn)降壓，降壓 - 升壓，反激式拓撲，使用LinkSwitch-TN芯片集成了一個700 V功率MOSFET與所需電源控制器功能。這些措施包括振蕩器，開關控制電路，高壓開關電流源，頻率抖動對于電磁干擾(EMI)降低，逐周期電流限制和熱關斷(圖4)。

圖4：LinkSwitch-TN的構件LNK304 / 6的功能框圖。這個家族的主要成員包括LNK302 LNK304和306到這些芯片得到啟動和運行功率從漏極的輸入電壓，無需單獨的偏置電源降壓或反激式轉換器。對于非常低系統(tǒng)成本，LNK302采用無自動重啟的簡化控制器。另外，部分被推薦用于非隔離電源的下360毫安輸出電流范圍。一個典型實施12 VDC，120毫安非隔離開關在家電如電飯煲和洗碗機使用是如圖5所示。根據產品數(shù)據表，LNK304被選定為這個應用程序，使其工作在大多非連續(xù)模式(MDCM)。二極管D1約為75 ns的反向恢復(TRR)的時間是可以接受的MDCM操作。對于連續(xù)導通模式(CCM)運行，與35 ns的TRR二極管被推薦的產品數(shù)據表。

圖5：LNK304基于非隔離的AC / DC轉換器與通用輸入和±12VDC輸出以120mA的輸出電流。除了應用筆記AN37這些零件，¹Power Integrations公司已經準備好也參考設計和設計實例，以簡化在這些應用中使用的LinkSwitch-TN產品。舉例來說，比如設計DER-386介紹一個9瓦的高效率功率因數(shù)校正使用LNK306DG非隔離降壓LED驅動器。一個完整的原理圖呈現(xiàn)PCB布局和測量的性能結果本文檔中描述。其他供應商在低功率離線非隔離開關磨損包括意法半導體，飛兆半導體和安森美半導體。ST，例如，推出的演示板(圖6)，指定STEVAL-ISA035V1，采用低功耗開關IC的VIPer12A-E或VIPer22A的-E，后者專為12 VDC在350 mA和16 VDC在350 mA時。

圖6：ST的評估板STEVAL-ISA035V使用引腳對引腳兼容開關IC的VIPer12A-E或VIPer22A的-E。總之，有很多應用需要低功耗的非隔離式AC / DC開關在緊湊型封裝成本低。這篇文章解釋說，有這個服務領域的多家供應商，并討論了一些他們提供的集成電路。除了擴大其產品組合，這些供應商也加入新的花俏而不增加成本或影響性能。