高溫環(huán)境下的家用綠色電源設(shè)計方案

烹飪過程中不僅會產(chǎn)生熱量，同時也會釋放大量的水蒸氣和冷凝水蒸汽。廚具電子控制裝置中的電源必須在高達105℃的環(huán)境溫度及高濕度條件下發(fā)揮穩(wěn)定性能。除了要滿足國際性EMI及安全標(biāo)準(zhǔn)之外，電源還必須有助于促進日益嚴(yán)格的節(jié)能目標(biāo)的實現(xiàn)。

能源消耗的結(jié)果遠不止于電量的使用。其他必須考慮的因素包括材料和資源的使用、廢棄物的產(chǎn)生以及環(huán)境污染物的排放。據(jù)估計，與產(chǎn)品相關(guān)的所有環(huán)境影響的80%以上都由產(chǎn)品的設(shè)計階段決定(1)。正是在此背景下，歐盟委員發(fā)布了生態(tài)設(shè)計指令，以確保在歐洲銷售的所有用能產(chǎn)品(EuP)在最初設(shè)計時都能將環(huán)境影響降至最小。值得一提的是，生態(tài)設(shè)計指令致力于降低產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的能耗水平。對于家用電器中的輔助電源，可適用EuP Lot 6要求(見表1)。

為說明如何能在經(jīng)濟性上滿足EuP Lot 6要求，Power Integrations已針對廚房電器應(yīng)用設(shè)計出了兩款具有成本效益的電源，可實現(xiàn)下述目標(biāo)：低系統(tǒng)BOM成本；為微控制器和數(shù)字邏輯提供精確的輸出電壓；在極端工作條件下具有高可靠性：Ta = 85℃ /105℃，濕度85%；易于設(shè)計：縮短上市時間，降低開發(fā)成本；滿足國際標(biāo)準(zhǔn)：EMI、安全及能效。

第一個電源應(yīng)用可在0℃到105℃的工作環(huán)境下以175至265VAC輸入電壓提供9V，250mA的隔離式輸出。具體應(yīng)用信息在設(shè)計工程報告DER-214(2)中有詳細(xì)介紹，電路圖如下面圖1所示。

該設(shè)計基于Power Integrations的LinkSwitch-CV系列產(chǎn)品LNK623PG器件設(shè)計而成(3)。該器件集成有一個700V MOSFET和制作開關(guān)電源所需的所有控制及保護電路。LinkSwitch器件的特有功能之一是，它可以對輸出電壓調(diào)節(jié)提供初級側(cè)控制。確保5%電壓控制的反饋功能由變壓器內(nèi)的偏置繞組(引腳4-5)提供。

初級側(cè)控制技術(shù)可以省去反饋及控制環(huán)路補償電路，因此能大幅降低BOM成本和提高整體可靠性。在圖2中，因采用初級控制技術(shù)而省去的元件以紅色突出顯示。

圖1所示的電路采用了反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。來自AC市電經(jīng)整流的DC電壓，由U1中的高壓MOSFET通過變壓器T1的初級側(cè)進行開關(guān)。在每次OFF轉(zhuǎn)換時，T1中的崩潰磁場將能源轉(zhuǎn)移到次級(引腳8-10)，經(jīng)整流會產(chǎn)生穩(wěn)定的DC輸出電壓。針對FB引腳中出現(xiàn)的電壓變化，U1內(nèi)的ON/OFF控制電路可提供調(diào)節(jié)功能。FB引腳的電壓與偏置繞組(引腳4-5)上的電壓成正比，同理，也與主輸出繞組(引腳8-10)上的電壓成正比。

當(dāng)FB電壓持續(xù)低于指定電壓水平VFBTH(典型值為1.84 V)時，U1將連續(xù)開關(guān)，可將最大能量轉(zhuǎn)移到輸出。這樣會造成輸出電壓升高，因此FB引腳電壓也隨之升高。當(dāng)FB電壓超過VFBTH時，后續(xù)開關(guān)周期將被禁止，直至電壓下降。通過調(diào)節(jié)使能開關(guān)周期與禁止開關(guān)周期的比例(如圖3所示)，U1可維持±5%的電壓調(diào)節(jié)率。在輕載條件下，還會降低MOSFET電流限流點以減小變壓器磁通密度，從而防止音頻噪聲的產(chǎn)生。