微功率電源的技術(shù)瓶頸及解決方案

來源：致遠電子

摘要：各位工程師在電源選型中通常會盡可能的要求模塊的效率更高、容性負載更大、啟動能力更強，但在傳統(tǒng)方案中，這些參數(shù)是相互制約無法都做到最佳，這是微功率電源行業(yè)技術(shù)瓶頸。那么存在最優(yōu)方案嗎？本文為你解答。

傳統(tǒng)的微功率電源模塊采用自激推挽拓撲的電路，各項性能之間的相互制約(如表 1所示：啟動能力與容性負載能力相互加強作用，而與電源轉(zhuǎn)換效率是相互制約的，啟動能力強則電源轉(zhuǎn)換效率低)，難以均衡、難以采用常規(guī)技術(shù)突破，導(dǎo)致成本高、性價比低；同時該拓撲結(jié)構(gòu)電路是無異常工況保護功能，在電路出現(xiàn)異常工作狀態(tài)時，會導(dǎo)致電源模塊損壞，甚至導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，而且行業(yè)內(nèi)的微功率電源模塊有如下三道難題：

表 1 各性能相互制約表

難題一：輸出短路保護與輸出特性

市面上支持短路保護的電源主要采用兩種方案，但均存在較大的缺陷：

（1）行業(yè)內(nèi)比較常用的方法是利用變壓器繞組分離的技術(shù)實現(xiàn)長期輸出短路保護功能，但采用這種方式帶來的后果是大大減低了產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率、紋波噪聲較大并且提高了成本；

（2）采用自主磁芯專利技術(shù)實現(xiàn)可持續(xù)短路保護，但為避免短路時，后端重載會導(dǎo)致模塊損壞，因此輸出容性負載能力差。

難題二：啟動能力、容性負載與轉(zhuǎn)換效率、短路保護功能的相互制約

電源設(shè)計中啟動能力、容性負載常常與轉(zhuǎn)換效率相互制約的，目前存在的難點在于：

（1）微功率電源一般采用RC啟動方式，啟動能力和容性負載能力要強，則需要大的啟動電流，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換電路內(nèi)部的功耗大，輸入與輸出間的轉(zhuǎn)換效率就低。

（2）同時VCC容量大，由于模塊內(nèi)部單獨依靠芯片，內(nèi)部電流環(huán)將會引起短路保護，從而導(dǎo)致進入保護狀態(tài)，因此必須在容性負載和過流(及短路保護)之間找一下平衡點。

難題三：滿載及輕載高效率與空載功耗低

電源模塊的效率也是用戶關(guān)心的參數(shù)，其中包括滿載與輕載效率：

（1）開關(guān)電源，損耗大部分來自開關(guān)器件(MOSFET和二極管)以及磁芯損耗，負載電阻的消耗是不變的，因此外接負載越小，損耗率越高，輕載效率低；

（2）對于定壓電源模塊的空載電流一般要求低于10mA，而業(yè)界內(nèi)因技術(shù)局限一般只能做到15-30mA的水平。

在公司提倡“積極傾聽客戶需求、精心構(gòu)建產(chǎn)品質(zhì)量”的時代背景，P系列電源模塊的推出是聚焦于解決行業(yè)內(nèi)小功率電源模塊的難題：容性負載能力差、轉(zhuǎn)換效率低、無短路保護功能、靜態(tài)功耗高等等，滿足客戶的極致體驗。

優(yōu)勢一：自主研發(fā)，IC集成化技術(shù)，性能一致性、高可靠性

ZY定壓系列是傳統(tǒng)的自激推挽電路設(shè)計技術(shù)，而P系列采用高度集成化的IC電路方案，可確保產(chǎn)品的性能一致性，減少分立器件本身參數(shù)離散性對性能的影響。

優(yōu)勢二：封裝完全兼容，性能跨越性提升

（1）封裝全兼容：為了不影響原有客戶產(chǎn)品的使用，P系列在封裝、引腳完美兼容ZY系列產(chǎn)品；封裝形式多樣，包括SIP封裝、SMD封裝、DIP封裝，讓客戶在系統(tǒng)更新?lián)Q代、性能升級過程中無需更改原有的PCB；

（2）轉(zhuǎn)換效率更高：P系列在效率方面表現(xiàn)優(yōu)異，實現(xiàn)了滿載85%以上的效率，且輕載高達75%以上效率；

（3）更低空載電流：P系列產(chǎn)品的空載功耗，做到5mA以下的空載電流，特別適合于對空載功耗要求極高的應(yīng)用場合，如便攜式設(shè)備等；

（4）工作環(huán)境溫度更寬：P系列產(chǎn)品高溫特性提升了20℃的工作環(huán)境溫度，提升模塊在更惡劣的工作環(huán)境適應(yīng)能力，保障系統(tǒng)的高可靠性；

（5）實現(xiàn)持續(xù)短路保護：P系列產(chǎn)品有效避免系統(tǒng)前級電源因后級電源的失效而引發(fā)的各種響應(yīng)，有效阻止系統(tǒng)的災(zāi)難性發(fā)生，從而提高了整個系統(tǒng)可靠性；

（6）容性負載能力更強：P系列產(chǎn)品的容性負載能力有了質(zhì)的飛越，如：5V輸出產(chǎn)品的容性負載從220uF直接提升到2400uF，并且可以在CC模式下啟動，解決了行業(yè)內(nèi)可持續(xù)短路保護與容性負載能力不可兼得的矛盾，如表 1所示的短路保護功能與啟動能力、容性負載相互制約。

優(yōu)勢三：為保證電源產(chǎn)品性能建設(shè)了行業(yè)內(nèi)一流的測試實驗室

P系列通過完整的EMC測試，靜電抗擾度高達4KV、浪涌抗擾度高達2KV，可應(yīng)用于絕大部分復(fù)雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，為用戶提供穩(wěn)定、可靠的電源隔離解決方案。

審核編輯 黃昊宇