電源設(shè)計(jì)說(shuō)明：SMPS商業(yè)解決方案

本文將介紹高度集成的電子元件，通過(guò)添加一些無(wú)源外部元件，構(gòu)建具有專業(yè)性能的SMPS電源。由于用于 SMPS 設(shè)計(jì)的集成解決方案的市場(chǎng)可用性非常廣泛，因此將考慮這些組件的代表性選擇。

ON Semi NCP101X

NCP101X 是用于制造低成本、低待機(jī)吸收 SMPS 電源的完整解決方案，它將用于高壓的功率 MOSFET 與電流控制模式集成在單片結(jié)構(gòu)中。事實(shí)上，NCP101X 系列組件包括一個(gè) 700V 功率 MOSFET 和一個(gè)以固定頻率運(yùn)行的電流模式控制器。NCP101X 系列采用 PDIP-7 或 SOT-223 封裝，提供快速設(shè)置廉價(jià)且堅(jiān)固的開(kāi)關(guān)電源所需的所有功能，包括軟啟動(dòng)、頻率抖動(dòng)、短路保護(hù)、跳躍周期、最大峰值電流設(shè)定值和動(dòng)態(tài)自供電（無(wú)需輔助繞組）。與市場(chǎng)上可用的其他單片解決方案不同，NCP101X 在所有可用開(kāi)關(guān)頻率（65、100、130 kHz）下產(chǎn)生極低的開(kāi)關(guān)噪聲。當(dāng)電流設(shè)定值低于某個(gè)值時(shí)（例如，當(dāng)負(fù)載吸收降低時(shí)），設(shè)備自動(dòng)進(jìn)入跳躍循環(huán)模式，從而即使在低吸收條件下也能確保高效率值。因?yàn)檫@種情況發(fā)生在最大峰值的大約四分之一處，所以不會(huì)產(chǎn)生噪音。典型的設(shè)備應(yīng)用包括用于充電器、電視電源、電器等的低功率 AC/DC 適配器。圖 1 顯示了該集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用示例。不會(huì)產(chǎn)生噪音。典型的設(shè)備應(yīng)用包括用于充電器、電視電源、電器等的低功率 AC/DC 適配器。圖 1 顯示了該集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用示例。不會(huì)產(chǎn)生噪音。典型的設(shè)備應(yīng)用包括用于充電器、電視電源、電器等的低功率 AC/DC 適配器。圖 1 顯示了該集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用示例。

圖 1：NCP101X 的典型應(yīng)用

圖 2 顯示了基于 NCP101X 的完整反激式轉(zhuǎn)換器的原理圖，能夠從通用輸入電壓開(kāi)始提供約 6.5 W 的輸出功率。的這個(gè)實(shí)施SMPS電源，具有非常緊湊的尺寸，獲得的75.7％與輸入電壓V的效率IN = 100V AC和輸出功率P OUT = 6.5 W，和75.7％與輸入電壓V的效率IN = 100 V AC和輸出功率 P OUT = 6.5 W。

圖 2：基于 NCP1012 的反激式轉(zhuǎn)換器

德州儀器 UCC28722

TI 的 UCC28722 反激式控制器通過(guò)在恒定電壓 (CV) 和恒定電流 (DC) 下運(yùn)行來(lái)提供輸出電壓的隔離和調(diào)節(jié)，無(wú)需光輸出耦合。該器件處理來(lái)自初級(jí)電源開(kāi)關(guān)和輔助反激繞組的信息，以提供對(duì)輸出以及負(fù)載電壓和電流的精確控制。UCC28722 器件中實(shí)施的控制算法獲得了高運(yùn)行效率值，能夠滿足或超過(guò)適用標(biāo)準(zhǔn)。帶有雙極晶體管電源開(kāi)關(guān)的輸出接口允許實(shí)現(xiàn)低成本轉(zhuǎn)換器?？刂破鞯淖畲箝_(kāi)關(guān)頻率為 80 kHz，并始終保持對(duì)變壓器初級(jí)峰值電流的控制。過(guò)壓、過(guò)流、欠壓保護(hù)功能有助于控制電路中元件的應(yīng)力。UCC28722 還允許您通過(guò)使用外部電阻對(duì)電纜電壓降的補(bǔ)償進(jìn)行編程。應(yīng)用包括適用于消費(fèi)電子產(chǎn)品、智能手機(jī)、平板電腦、相機(jī)、電視電源、計(jì)算機(jī)和電器的 USB 兼容適配器和充電器。在低功率負(fù)載運(yùn)行期間，該器件通過(guò)使用低于 28 kHz 的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)降低??電流吸收。通過(guò)一次側(cè)控制實(shí)現(xiàn)精確的電壓和恒流調(diào)節(jié)、快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和故障保護(hù)。一個(gè)完整的充電解決方案可以通過(guò)簡(jiǎn)單、低成本和少量組件的設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)創(chuàng)建。該設(shè)備使用從輔助繞組 (VS) 感測(cè)獲得的信息來(lái)檢查輸出電壓，不需要光耦合器或電壓參考，例如 TL431。這方面減少了組件的數(shù)量，使項(xiàng)目更加經(jīng)濟(jì)高效。UCC28722 基于反激式拓?fù)?，專為輸入電壓范圍?85 V 的 AC/DC 適配器和充電器而設(shè)計(jì)交流(rms) 至 265 V交流(rms)。為了在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)保持輸出電流的調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)方式應(yīng)使其在滿載條件下盡可能接近fMAX。為了改善熱管理，增加連接到 GND 引腳的銅面積總是好的。

圖 3：UCC28722 簡(jiǎn)化應(yīng)用圖

ADI 公司 LT8310

LT8310 是一款易于使用的正向轉(zhuǎn)換器控制器，它從一個(gè)內(nèi)部調(diào)節(jié)的 10V 電源驅(qū)動(dòng)一個(gè) N 溝道 MOSFET 的柵極。該器件使用單個(gè)電源變壓器生成穩(wěn)定、穩(wěn)壓和電流隔離的輸出。通過(guò)添加輸出電壓反饋，通過(guò)光耦合器（隔離）或直接接線（非隔離），激活電流模式調(diào)節(jié)，提高輸出電壓和負(fù)載響應(yīng)的精度。選擇變壓器繞組比的靈活性使得降壓或高升壓比成為可能，而無(wú)需使用極端占空比。為了優(yōu)化效率、性能或外部組件的尺寸，開(kāi)關(guān)頻率可在 100 kHz 至 500 kHz 之間進(jìn)行編程。用戶可編程保護(hù)功能包括監(jiān)控輸入電壓（UVLO 和 OVLO）和開(kāi)關(guān)電流。LT8310 的軟啟動(dòng)功能有助于防止變壓器出現(xiàn)磁通飽和。基于 LT8310 的電源用于許多領(lǐng)域，例如工業(yè)、汽車(chē)、國(guó)防、電信以及隔離和非隔離 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。在圖 4 中，我們可以觀察到基于 LT8310 的正向轉(zhuǎn)換器的方案。

圖 4：基于 LT8310 的正向轉(zhuǎn)換器

正如我們?cè)谥暗奈恼轮锌吹降?，正向轉(zhuǎn)換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)源自降壓轉(zhuǎn)換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括變壓器、初級(jí)側(cè)由 PWM 信號(hào)控制的開(kāi)關(guān)晶體管、開(kāi)關(guān)、電感器和次級(jí)側(cè)的電容器側(cè)，如圖 5 所示。位于次級(jí)側(cè)的開(kāi)關(guān)可以是非同步（二極管）、同步（MOSFET）或它們的組合。變壓器為隔離應(yīng)用提供電流隔離。

圖 5：正向轉(zhuǎn)換器的原理圖



審核編輯：劉清