全集成、部分集成和分立開關(guān)電源方案比較分析

　　便攜式設(shè)備適配器設(shè)計(jì)需要綜合考慮高效率、低空載功耗、寬交流電壓輸入、電磁干擾、PCB尺寸以及成本等多方面的要求，全集成架構(gòu)具有較高的性能但成本較高，而分立方案成本低但開關(guān)頻率不穩(wěn)定以及開關(guān)損耗高，部分集成方案有效綜合了全集成和分立方案的特點(diǎn)。本文對(duì)這些不同架構(gòu)進(jìn)行了深入分析。
　　
　　隨著手機(jī)及PDA等便攜式設(shè)備的應(yīng)用日益增加，對(duì)低功率電源適配器的需求也在不斷增加。這些電源的典型特性包括符合安全標(biāo)準(zhǔn)的交流隔離、1至5瓦的輸出功率、5Vdc ( 5%的輸出電壓、符合Blue Angel(EN6100-3-2)要求的低空載功耗、低電磁干擾(EMI)，以及其他開關(guān)電源(SMPS)所需的故障保護(hù)等。其中大多數(shù)還要求具有85至265Vac的交流輸入電壓。
　　
　　采用交流電頻率(30~80Hz)變壓器與整流器的線性電源性價(jià)比很高，且能滿足隔離、故障保護(hù)及EMI要求。但這些器件不僅笨重，還不能滿足寬輸入電壓及空載功耗要求，且一般不能滿足電壓調(diào)整要求。而由整流器與回掃轉(zhuǎn)換器所組成的SMPS則能滿足以上要求，但其成本要遠(yuǎn)高于線性電源，尤其當(dāng)采用全集成芯片架構(gòu)時(shí)。

　　
　　由于輸出功率較小以及電壓調(diào)整要求相對(duì)較寬松，且與系統(tǒng)成本相比，功率密度及效率不是主要的約束條件， 因此SMPS可用分立半導(dǎo)體器件來實(shí)現(xiàn)以降低系統(tǒng)成本。盡管這種方法可滿足基本的電壓要求，但卻不是固定頻率設(shè)計(jì)，因?yàn)镻WM頻率會(huì)隨輸出電流及輸入交流電壓的變化而改變。此外，諧波也會(huì)在某些應(yīng)用中引起噪聲問題。由于導(dǎo)通及關(guān)斷速度較慢，故其開關(guān)損耗也較大，因?yàn)闆]有用于高壓MOSFET的驅(qū)動(dòng)器。由于未采用空載跳周期(cycle skipping)模式，因此也可能不滿足Blue Angel標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且也難以實(shí)現(xiàn)一些基本的保護(hù)功能，如過熱保護(hù)、過壓保護(hù)及欠壓保護(hù)等，而這些功能通常都是SMPS所要求的。
　　
　　基于以上這些原因，人們開發(fā)出了一種部分集成的解決方案，這種解決方案不僅能消除分立解決方案有關(guān)的局限性，而且成本還低于全集成方案。
　　
　　其他SMPS架構(gòu)
　　
　　面向低功率及通用輸入電壓應(yīng)用的典型SMPS架構(gòu)盡管都用一個(gè)由回掃拓?fù)浼案綦x反饋電路所組成的基本平臺(tái)，但不同的架構(gòu)其初級(jí)有很大的差異。全集成方案與分立器件方案是目前最流行的兩種解決方案。

　　
　　1. 全集成方案
　　
　　圖1為一種典型全集成架構(gòu)。U1為用于全輸入電壓范圍的高電壓IC，該芯片在一個(gè)硅片上集成了高電壓開關(guān)晶體管與控制邏輯，而沒有采用目前流行的將兩塊裸片置于一個(gè)封裝中的混合設(shè)計(jì)。圖1中反饋信號(hào)通過光耦I(lǐng)SO1加于IC的Bias/FB(偏壓/反饋)端，變壓器的偏置線圈為IC提供電源。
　　
　　在上電期間，偏置線圈上沒有感應(yīng)電壓，IC電源由從高壓端至偏壓端與儲(chǔ)能電容C3的內(nèi)部電流源提供。當(dāng)偏壓達(dá)到工作電平時(shí)，IC即開始以不斷增加的占空比進(jìn)行開關(guān)(軟啟動(dòng))。啟動(dòng)后，由偏置線圈為IC提供電源，而內(nèi)部電流源則由控制邏輯關(guān)斷。IC擁有內(nèi)部檢流電路，以提供逐周期的電流限制。