FAN6754-用于反激式適配器的多功能PWM控制器

當(dāng)你把幾乎任何小型計(jì)算或消費(fèi)電子設(shè)備插入電源插座時(shí)，便不難發(fā)現(xiàn)手中的插頭大部分都連接到外部電源(EPS)。EPS是所有小型電子設(shè)備工作的必不可少的部分，單單在美國(guó)，就有多達(dá)15億個(gè)在使用中 (據(jù)業(yè)界估計(jì)，在全球則超過30億個(gè))。

　　EPS的核心是多功能PWM控制器集成電路(IC)(如飛兆半導(dǎo)體的FAN6754)以及功率 MOSFET，它們聯(lián)合工作，為負(fù)載高效分配能量，并監(jiān)控電路以保護(hù)系統(tǒng)。所有元器件都被集成在一個(gè)精簡(jiǎn)的封裝中，與過去那種看起來老舊笨重的電源成了強(qiáng)烈對(duì)比。

　　PWM控制器可被視為電源的大腦。它監(jiān)控反饋數(shù)據(jù)并調(diào)整占空比，以調(diào)節(jié)開關(guān)模式電源(SMPS)的輸出電壓，幫助系統(tǒng)滿足所有相關(guān)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

　　這種綠色模式PWM控制器可以提高效率，并增加了保護(hù)功能，將受到致力于滿足最新綠色功耗標(biāo)準(zhǔn)的工程師們所青睞。隨著全球?qū)?jié)能問題的重點(diǎn)關(guān)注，監(jiān)管機(jī)構(gòu)開始研究所有 “綠色”方法，各種標(biāo)準(zhǔn)因而相繼被制定出來，規(guī)定筆記本電腦電源等產(chǎn)品必須擁有更高的效率。降低待機(jī)功耗和提高效率已成為眾多倡議的一項(xiàng)關(guān)鍵要素，比如美國(guó)的自愿性能源之星(ENERGY STAR)效率分級(jí)計(jì)劃，和歐盟及亞洲一些國(guó)家采用的強(qiáng)制性產(chǎn)品節(jié)能規(guī)范等。

　　譬如，ENERGY STAR EPS version 2.0要求的工作模式效率和更低的空載功耗比目前標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格。該要求強(qiáng)制規(guī)定平均工作模式效率須至87%才能取得能源之星標(biāo)簽 (參見表1)。

　　ENERGY STAR v.2.0規(guī)范針對(duì)EPS的另一個(gè)規(guī)定是合格的AC-AC外部電源或AC-DC外部電源在空載條件下可使用的最大輸入功率?？蛰d模式下的最大功耗級(jí)見表 2。

　　不論在成本上還是在技術(shù)方面，反激式拓?fù)涠家驯蛔C明是一種有效的解決方案，在筆記本電腦或膝上型電腦的AC-DC適配器和充電器中用脈寬調(diào)制(PWM)功率轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)。飛兆半導(dǎo)體的FAN6754是一款高度集成化的綠色模式PWM控制器，能夠提供多項(xiàng)可增強(qiáng)反激式轉(zhuǎn)換器性能的出色功能，比如：HV啟動(dòng)系統(tǒng)(能承受700V)、可降低EMI的跳頻技術(shù)，以及更高的集成度以節(jié)省外接部件等。工程師使用這款控制器，可獲得比采用分立式元件的解決方案更高的可靠性和更低的BOM成本，以及更低的裝配成本。為了進(jìn)一步降低功耗，F(xiàn)AN6754采用了BiCMOS制造工藝，故能夠允許工作電流小于2mA (典型值為 1.7mA)。

　　FAN6754還有兩個(gè)實(shí)用的功能。與提高效率同等重要的是，該器件讓電源設(shè)計(jì)人員能夠以較少的外部部件，提供全方位的保護(hù)功能，從而降低成本，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。另外，保護(hù)功能對(duì)創(chuàng)建具成本效益的電源至關(guān)重要，因?yàn)槿魏瓮ㄟ^增大元件尺寸來處理過壓力問題的需求，都會(huì)對(duì)成本和終端產(chǎn)品的物理參數(shù)產(chǎn)生不利影響。

　　FAN6754擁有眾多安全功能，如欠壓鎖定(UVLO)、過載保護(hù) (OLP)、過壓保護(hù)(OVP)、過流保護(hù)(OCP) 和過流限制(OCL)。這些功能與熱關(guān)斷模式(帶軟件式安全重啟功能)相結(jié)合，共同保護(hù)精密的電路。內(nèi)置8ms軟啟動(dòng)電路可大大減少啟動(dòng)電流尖峰和輸出電壓過沖現(xiàn)象。適當(dāng)利用這些保護(hù)和控制功能，設(shè)計(jì)人員就更有信心使設(shè)計(jì)更接近設(shè)計(jì)余量。

　　綠色模式工作

　　FAN6754 PWM控制器整合了不少靈活的設(shè)計(jì)特性，可降低筆記本電腦適配器的總體功耗。例如，為了把待機(jī)功耗降至最低，該器件采用了一項(xiàng)專有的綠色模式功能，其在輕載條件(如25%的負(fù)載)下可提供非導(dǎo)通時(shí)間調(diào)制(off-time modulation)來連續(xù)降低開關(guān)頻率。由于SMPS中的大部分損耗都與PWM頻率成正比，故非導(dǎo)通時(shí)間調(diào)制能夠減小電源在輕載和空載條件下的功耗。以電壓反饋環(huán)路的反饋電壓VFB為參考值，一旦VFB低于閾值電壓，開關(guān)頻率便會(huì)持續(xù)降低。

　　實(shí)現(xiàn)效率最大化的另一個(gè)關(guān)鍵因素是對(duì)固定基頻(以及倍數(shù)開關(guān)頻率)下開關(guān)器件產(chǎn)生的EMI(電磁干擾)的控制，因?yàn)檫@種干擾會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生有害影響。飛兆半導(dǎo)體的FAN6754采用了跳頻技術(shù)(見圖1)，可以在更寬廣的頻率范圍上擴(kuò)展能量。采用這種辦法，可減小信號(hào)衰減，滿足 EN55022 (輻射和傳導(dǎo)放射歐盟標(biāo)準(zhǔn)) 和 CISPR 22 Class B (輻射和傳導(dǎo)放射國(guó)際標(biāo)準(zhǔn))等國(guó)際規(guī)范。

　　利用這種技術(shù)，F(xiàn)AN6754以最少的濾波器且無需增加抑制元件即可降低峰值放射，從而盡量避免了這些器件造成的成本增加、空間占用和對(duì)寶貴能量的消耗。在這種專利技術(shù)(美國(guó)專利號(hào)7026851)中，頻率隨不同電容器之間的切換而變化。

　　降低開關(guān)頻率的一個(gè)不良副作用是它可能產(chǎn)生噪聲(大多數(shù)開關(guān)充電器都受開關(guān)功能本身產(chǎn)生的噪聲之影響)。由于開關(guān)的頻率隨輸出負(fù)載而變化，故開關(guān)頻率可能下降至音頻頻帶，當(dāng)基頻在人耳聽力范圍之內(nèi)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致可聞的噪聲。為了避免聲學(xué)噪聲問題，最小的綠色模式PWM頻率設(shè)置為22KHz。

　　峰值電流模式PWM控制的另一個(gè)特性是電流控制環(huán)路可能變得不穩(wěn)定，導(dǎo)致次諧波振蕩。為了防止這種情況的發(fā)生， 在FAN6754 PWM在占空比超過45%時(shí)，也就是說開關(guān)周期內(nèi)有45%以上的時(shí)間PWM開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，就會(huì)采用同步斜率補(bǔ)償(synchronized slope compensation)。