節(jié)能型瞬間高功率輸出解決方案

　　手工具機、噴墨式印表機及硬碟機等馬達性負載啟動瞬間需要較高的啟動電流。面對如此大范圍變化的功率需求，若以啟動瞬間的條件來設計變壓器，會造成平時工作狀態(tài)的過度設計(Overdesign)而增加設計成本，我們將針對需求特性及原理進行分析。

　　根據法拉第定律，返馳式轉換器(Flyback converter)的能量轉換公式如式(1)所示，由以下公式中我們可以看出，一次側的峰值電流變化量受到輸入電壓(VI)、電感感量(L)、導通時間(DON)以其操作頻率(FSW)等參數影響。以前述例子而言，啟動瞬間需要較大的啟動電流(IP)，因此開關導通時間會隨著負載不斷增加，使得峰值電流變化(DIP)也隨之上升，此時，磁通量密度可能會因為過大的峰值電流變化而超過其承載上限值(BMAX)，造成變壓器飽和產生短路線現象，導致一次側峰值電流急速增加而毀損周邊原件，如圖1所示。

　　一次側峰值電流變化量

　　VI 輸入電壓

　　DON 開關導通時間

　　L 一次側電感感量

　　FSW 關關切換頻率

　　圖1、變壓器飽和現象

　　由公式(1)中可得知，峰值電流變化和開關切換頻率呈反比關系，如公式(2)所示。若將開關切換頻率隨負載增加而提升(圖2)，能夠有效抑制峰值電流的變化量，不僅可提供瞬間高瓦特數輸出，提升瞬間的啟動能力，更能降低變壓器在啟動瞬間的磁通，縮小元件尺寸并降低成本。

　　圖2. 依據負載調整開關切換頻率

　　目前市面上PWM IC并無專門針對此應用的解決方案，若要滿足上述需求皆需要增加周邊應用電路。因此，以下特別使用一款符合這樣需求的產品--LD7533來做說明。

　　LD7533為一電流模式控制IC，整合了過電壓保護(OVP)、過溫保護(OTP)及過載保護(OLP)等保護功能，同時也具備了可調式軟啟動(Soft Start)、電壓過低鎖定(UVLO)、內建輸出PWM頻率跳動及前緣突波遮蔽(LEB)等功能。另外，LD7533擁有低啟動電流(18μA)及輕載運作時極低的操作電流(1mA)，如此較傳統(tǒng)電流模式控制設計能達到更精簡及節(jié)能要求。

　　以18W(12V/1.5A)應用為例，當Peak POWER需求達到36W(12V/3A)時，LD7533將原有PWM頻率由62KHz提升至180KHz，避免變壓器產生飽和現象，不僅可以滿足瞬間較高瓦特數需求，更能有效降低最大磁通量密度(BMAX)達21%，如下圖3所示。

　　圖3、LD7533與一般PWM IC比較

　　這一款LD7533另外提供了軟啟動時間及過載保護延遲時間調整的功能，可滿足各種不同產品的應用需求。

　　如圖4所示，透過調整CT 腳位上的電容，可調整下列參數：

　　軟啟動時間(Soft-Start time)：有效降低MOSFET上尖波電壓(Spike)大小。

　　過載保護延遲時間(OLP delay time)：以滿足各種不同的Peak POWER時間需求，同時兼顧系統(tǒng)應用的安全性。

　　圖4、軟啟動時間及過載保護延遲時間調整

　　應用實例

　　若使用傳統(tǒng)PWM IC來實現上述功能，往往需要增加許多周邊電路，不僅增加設計時間與材料成本，電路可靠度也是一大問題。如圖5所示(點擊放大)，LD7533成功了整合應用所需電路，提供了極精簡化設計的解決方案，讓工程人員能更快速的完成產品設計。

　　圖5、LD7533高功率輸出解決方案與傳統(tǒng)應用差異比較

　　結論

　　利用LD7533瞬間高功率輸出解決方案，實驗結果達成瞬間高功率輸出并降低變壓器設計成本，在應用需求與設計成本之間取得最好的平衡點。另外，若調整它的的軟啟動時間及過載保護延遲時間，即可滿足各種不同產品的應用需求，大幅縮短專案開發(fā)所需時程。