高壓MOSFET控制器簡(jiǎn)化非隔離式切換器的設(shè)計(jì)

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高壓MOSFET控制器簡(jiǎn)化非隔離式切換器的設(shè)計(jì)

有許多應(yīng)用需要小包裝離線(xiàn)開(kāi)關(guān)電源通過(guò)交流電源或必須占用系統(tǒng)主板空間小。這些范圍可以從“永遠(yuǎn)在線(xiàn)”用于家庭自動(dòng)化智能電表，能耗監(jiān)視器家電，在照明應(yīng)用的高功率因數(shù)低成本的離線(xiàn)式LED驅(qū)動(dòng)器，以滿(mǎn)足總諧波失真(THD)的國(guó)際要求， EMC和安全性。更高的效率和輸出電流能力是兩個(gè)更令人信服的理由設(shè)備制造商遷移到交換機(jī)。這些優(yōu)勢(shì)將幫助OEM廠(chǎng)商滿(mǎn)足降低功耗的監(jiān)管要求，而對(duì)于更大的電流滿(mǎn)足要求。然而，其他的切換器的優(yōu)點(diǎn)，如小型化，更寬的輸入電壓范圍，和故障保護(hù)，是顯著的為好。這種集成的控制器，內(nèi)置高壓MOSFET，用于非隔離的低功率AC / DC轉(zhuǎn)換應(yīng)用包括功率半導(dǎo)體制造商，如德州儀器，Power Integrations公司，意法半導(dǎo)體，飛兆半導(dǎo)體和安森美半導(dǎo)體在其他的莊家。 TI近期推出了一款集成控制器UCC28880這些應(yīng)用程序。它集成了一個(gè)脈寬調(diào)制(PWM)控制器和700 V MOSFET，以及一個(gè)高壓電流源在一個(gè)芯片上，從而啟動(dòng)和直接操作從整流的市電電壓(圖1)。另外，如圖1，它包括一個(gè)5伏調(diào)節(jié)器和保護(hù)功能像一個(gè)限流器，過(guò)熱保護(hù)，欠壓鎖定(UVLO)，以及用于短路在輸出過(guò)載的保護(hù)。非隔離開(kāi)關(guān)盡管芯片的高功能集成，高壓開(kāi)關(guān)的功耗非常低。的部分的額定為約100的靜態(tài)電流在低負(fù)荷與提供100 mA的輸出電流的能力。更重要的是，7引腳SO封裝減小系統(tǒng)尺寸和成本。根據(jù)供應(yīng)商，設(shè)計(jì)人員可以使用此開(kāi)關(guān)來(lái)構(gòu)建各種轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如降壓，降壓 - 升壓，反激式，具有外部元件數(shù)量最少。圖1：TI的UCC28880集成了控制器和一個(gè)單芯片上的700 V功率MOSFET。它還集成了片上高壓電流源。

圖1：TI的UCC28880集成了控制器和一個(gè)單芯片上的700 V功率MOSFET。它還集成了片上高壓電流源。對(duì)于這種開(kāi)關(guān)IC的快速和容易評(píng)估，TI已經(jīng)創(chuàng)建了基于UCC28880(PMP8550)的參考設(shè)計(jì)。它提供了使用高側(cè)配置降壓非隔離式AC / DC解決方案;設(shè)計(jì)產(chǎn)生13 VDC和12.8 VDC之間的穩(wěn)壓輸出固定在120 mA和示于圖2。由于參考設(shè)計(jì)采用狂烈模式，無(wú)需環(huán)路補(bǔ)償是必要的，從而降低材料清單(BOM)計(jì)數(shù)極少數(shù)如圖2.測(cè)性能對(duì)于該電路外部元件的顯示，總體效率和上述跨低70%到高負(fù)荷的變化為160伏直流輸入，其滴一點(diǎn)點(diǎn)隨著輸入電壓增加至320直流電壓(圖3)。由于輸出電壓調(diào)節(jié)好，產(chǎn)量低兩端之間13 VDC和12.8 VDC高負(fù)荷變化，每個(gè)測(cè)試結(jié)果的參考設(shè)計(jì)樣機(jī)由TI建成。同樣地，獲得滿(mǎn)意的結(jié)果為瞬態(tài)響應(yīng)和EMI的干擾。

圖2：采用高邊降壓配置中采用的UCC28880的非隔離式AC / DC解決方案。它產(chǎn)生的13 VDC正輸出電壓為120毫安。

圖3：非隔離的AC / DC轉(zhuǎn)換器在圖2中在寬范圍的輸出電流的測(cè)得的效率性能。低成本的解決方案類(lèi)似，Power Integrations公司解決了其使用LinkSwitch-TN的離線(xiàn)式開(kāi)關(guān)IC的系列低功耗的非隔離式AC / DC的要求。制造商聲稱(chēng)，開(kāi)關(guān)電源使用的LinkSwitch-TN將提供線(xiàn)性和電容式滴管電源看齊系統(tǒng)成本建造。盡管降低成本，使用LinkSwitch-TN型AC / DC開(kāi)關(guān)不會(huì)在性能上妥協(xié)，稱(chēng)供應(yīng)商。旨在實(shí)現(xiàn)降壓，降壓 - 升壓，反激式拓?fù)?，使用LinkSwitch-TN芯片集成了一個(gè)700 V功率MOSFET與所需電源控制器功能。這些措施包括振蕩器，開(kāi)關(guān)控制電路，高壓開(kāi)關(guān)電流源，頻率抖動(dòng)對(duì)于電磁干擾(EMI)降低，逐周期電流限制和熱關(guān)斷(圖4)。

圖4：LinkSwitch-TN的構(gòu)件LNK304 / 6的功能框圖。這個(gè)家族的主要成員包括LNK302 LNK304和306到這些芯片得到啟動(dòng)和運(yùn)行功率從漏極的輸入電壓，無(wú)需單獨(dú)的偏置電源降壓或反激式轉(zhuǎn)換器。對(duì)于非常低系統(tǒng)成本，LNK302采用無(wú)自動(dòng)重啟的簡(jiǎn)化控制器。另外，部分被推薦用于非隔離電源的下360毫安輸出電流范圍。一個(gè)典型實(shí)施12 VDC，120毫安非隔離開(kāi)關(guān)在家電如電飯煲和洗碗機(jī)使用是如圖5所示。根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)表，LNK304被選定為這個(gè)應(yīng)用程序，使其工作在大多非連續(xù)模式(MDCM)。二極管D1約為75 ns的反向恢復(fù)(TRR)的時(shí)間是可以接受的MDCM操作。對(duì)于連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)運(yùn)行，與35 ns的TRR二極管被推薦的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表。

圖5：LNK304基于非隔離的AC / DC轉(zhuǎn)換器與通用輸入和±12VDC輸出以120mA的輸出電流。除了應(yīng)用筆記AN37這些零件，¹Power Integrations公司已經(jīng)準(zhǔn)備好也參考設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)實(shí)例，以簡(jiǎn)化在這些應(yīng)用中使用的LinkSwitch-TN產(chǎn)品。舉例來(lái)說(shuō)，比如設(shè)計(jì)DER-386介紹一個(gè)9瓦的高效率功率因數(shù)校正使用LNK306DG非隔離降壓LED驅(qū)動(dòng)器。一個(gè)完整的原理圖呈現(xiàn)PCB布局和測(cè)量的性能結(jié)果本文檔中描述。其他供應(yīng)商在低功率離線(xiàn)非隔離開(kāi)關(guān)磨損包括意法半導(dǎo)體，飛兆半導(dǎo)體和安森美半導(dǎo)體。ST，例如，推出的演示板(圖6)，指定STEVAL-ISA035V1，采用低功耗開(kāi)關(guān)IC的VIPer12A-E或VIPer22A的-E，后者專(zhuān)為12 VDC在350 mA和16 VDC在350 mA時(shí)。

圖6：ST的評(píng)估板STEVAL-ISA035V使用引腳對(duì)引腳兼容開(kāi)關(guān)IC的VIPer12A-E或VIPer22A的-E?？傊?，有很多應(yīng)用需要低功耗的非隔離式AC / DC開(kāi)關(guān)在緊湊型封裝成本低。這篇文章解釋說(shuō)，有這個(gè)服務(wù)領(lǐng)域的多家供應(yīng)商，并討論了一些他們提供的集成電路。除了擴(kuò)大其產(chǎn)品組合，這些供應(yīng)商也加入新的花俏而不增加成本或影響性能。