滿足能源之星的機頂盒供電系統(tǒng)設計方案

美國政府從2009年開始電視廣播由模擬轉為數(shù)字信號。對于不收看付費電視的消費者則需要一個數(shù)模轉換盒才能接收到電視節(jié)目。據(jù)統(tǒng)計，有85～90％的美國家庭收看付費電視，但仍有約7800萬臺電視接收的是模擬信號。

　　美國環(huán)保署評估電視機數(shù)模轉換盒每年估計要消耗30億千瓦,如果數(shù)模轉換盒滿足能源之星的要求，將會節(jié)約大約130億千瓦。把無線傳播的數(shù)字信號轉換成模擬電視機可接受的信號的設備，即所謂DTA。DTA既不包括通過衛(wèi)星或電纜傳播信號的轉換器也不是類似DVD播放機等具有數(shù)模轉化能力的電器。

　　DTA要求的能源之星的標準如表格1，要求休眠模式下的功耗最多不超過1瓦，正常工作時的最高輸入功率不能超過8W。一般系統(tǒng)需提供4組以上高精度的供電電壓給天線、主芯片、存儲器、音頻和調諧器等部分供電。為了滿足這個標準，必須在不同的輸出電壓的情況下保證電源的高效率。為了適應市場的要求，在高性能的前提下必須考慮供電系統(tǒng)的成本問題。

正常工作模式

　　表1有兩個狀態(tài)的功耗要求，一個是正常工作功耗，另一個是待機功耗。下面將分別闡述怎么達到這些要求。

　　首先考慮在正常工作狀態(tài)下的要求。用戶可以根據(jù)自己系統(tǒng)的損耗不同而選擇不同的電源拓撲線路。如果系統(tǒng)自己功耗已經(jīng)達到6W，實現(xiàn)8W以下的能源之星標準就必須使效率達到75%以上，最簡單的低成本線路要滿足效率達到75%以上的交直轉換的開關電源一般是不現(xiàn)實的。為了提高效率，使用同步整流線路是一個不錯的選擇。圖1線路是一種簡單的同步整流線路，使用同步整流的方式一般可以使效率達到80%。圖2線路是一種最簡單的非同步整流線路。

1． 同步整流的工作原理

　　同步線路比非同步線路最大的損耗減少來源于MOSFET的導通壓降損耗替代肖特基二極管的導通損耗。在次級側控制的隔離開關電源同步整流拓撲中，通過從變壓器次級輸出獲得有關控制信號來作為同步整流的觸發(fā)信號，在不連續(xù)導通模式(DCM)狀態(tài)下，控制次級的同步整流MOSFET的工作，而進行同步整流操作。

圖1：次級同步整流線路。

圖2：普通肖特基整流線路。

2． 提供多組電壓的方法

　　系統(tǒng)要求至少4組以上的不同輸出電壓。對于一般的低電流要求，可以使用一般的線性降壓器件，但對于要求功率大、效率高的就必須合理搭配和選擇合適的直流轉換線路。例如：系統(tǒng)的天線線路部分需12V供電；音頻和調諧器需5V供電；存儲器需2.6V供電；主芯片需3.3V和1.8V供電，而1.8V的電流要求達到1.7A左右，這樣如果直接使用12V轉換成下列的各種電壓，對于直流轉換控制芯片在成本和效率上是一個嚴峻的考驗，所以一般取主開關電源輸出為5V，然后通過升壓和降壓來合理分配各個輸出。

　　圖3和圖4是一種推薦的線路，圖3是升壓線路，可以把5V電壓高效率升到12V給天線部分供電，采用的是安森美半導體提供的NCP3063。通過控制3腳來達到“ON”或“OFF”的功能。圖4是降壓線路，采用的是安森美半導體提供的NCP1595A，5V的電壓轉換成1.8V或3.3V，此線路的效率高達95%，提供高達1.7A的電流，而且具有過壓過流保護功能。通過控制6腳可以控制線路的“ON”或“OFF”的功能。達到在待機的時候關閉線路，滿足能源之星的要求。

圖3：DC-DC 升壓轉換線路。