節(jié)能型瞬間高功率輸出解決方案

　　手工具機(jī)、噴墨式印表機(jī)及硬碟機(jī)等馬達(dá)性負(fù)載啟動(dòng)瞬間需要較高的啟動(dòng)電流。面對(duì)如此大范圍變化的功率需求，若以啟動(dòng)瞬間的條件來設(shè)計(jì)變壓器，會(huì)造成平時(shí)工作狀態(tài)的過度設(shè)計(jì)(Overdesign)而增加設(shè)計(jì)成本，我們將針對(duì)需求特性及原理進(jìn)行分析。

　　根據(jù)法拉第定律，返馳式轉(zhuǎn)換器(Flyback converter)的能量轉(zhuǎn)換公式如式(1)所示，由以下公式中我們可以看出，一次側(cè)的峰值電流變化量受到輸入電壓(VI)、電感感量(L)、導(dǎo)通時(shí)間(DON)以其操作頻率(FSW)等參數(shù)影響。以前述例子而言，啟動(dòng)瞬間需要較大的啟動(dòng)電流(IP)，因此開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間會(huì)隨著負(fù)載不斷增加，使得峰值電流變化(DIP)也隨之上升，此時(shí)，磁通量密度可能會(huì)因?yàn)檫^大的峰值電流變化而超過其承載上限值(BMAX)，造成變壓器飽和產(chǎn)生短路線現(xiàn)象，導(dǎo)致一次側(cè)峰值電流急速增加而毀損周邊原件，如圖1所示。

　　一次側(cè)峰值電流變化量

　　VI 輸入電壓

　　DON 開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間

　　L 一次側(cè)電感感量

　　FSW 關(guān)關(guān)切換頻率

　　圖1、變壓器飽和現(xiàn)象

　　由公式(1)中可得知，峰值電流變化和開關(guān)切換頻率呈反比關(guān)系，如公式(2)所示。若將開關(guān)切換頻率隨負(fù)載增加而提升(圖2)，能夠有效抑制峰值電流的變化量，不僅可提供瞬間高瓦特?cái)?shù)輸出，提升瞬間的啟動(dòng)能力，更能降低變壓器在啟動(dòng)瞬間的磁通，縮小元件尺寸并降低成本。

　　圖2. 依據(jù)負(fù)載調(diào)整開關(guān)切換頻率

　　目前市面上PWM IC并無專門針對(duì)此應(yīng)用的解決方案，若要滿足上述需求皆需要增加周邊應(yīng)用電路。因此，以下特別使用一款符合這樣需求的產(chǎn)品--LD7533來做說明。

　　LD7533為一電流模式控制IC，整合了過電壓保護(hù)(OVP)、過溫保護(hù)(OTP)及過載保護(hù)(OLP)等保護(hù)功能，同時(shí)也具備了可調(diào)式軟啟動(dòng)(Soft Start)、電壓過低鎖定(UVLO)、內(nèi)建輸出PWM頻率跳動(dòng)及前緣突波遮蔽(LEB)等功能。另外，LD7533擁有低啟動(dòng)電流(18μA)及輕載運(yùn)作時(shí)極低的操作電流(1mA)，如此較傳統(tǒng)電流模式控制設(shè)計(jì)能達(dá)到更精簡及節(jié)能要求。

　　以18W(12V/1.5A)應(yīng)用為例，當(dāng)Peak POWER需求達(dá)到36W(12V/3A)時(shí)，LD7533將原有PWM頻率由62KHz提升至180KHz，避免變壓器產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，不僅可以滿足瞬間較高瓦特?cái)?shù)需求，更能有效降低最大磁通量密度(BMAX)達(dá)21%，如下圖3所示。

　　圖3、LD7533與一般PWM IC比較

　　這一款LD7533另外提供了軟啟動(dòng)時(shí)間及過載保護(hù)延遲時(shí)間調(diào)整的功能，可滿足各種不同產(chǎn)品的應(yīng)用需求。

　　如圖4所示，透過調(diào)整CT 腳位上的電容，可調(diào)整下列參數(shù)：

　　軟啟動(dòng)時(shí)間(Soft-Start time)：有效降低MOSFET上尖波電壓(Spike)大小。

　　過載保護(hù)延遲時(shí)間(OLP delay time)：以滿足各種不同的Peak POWER時(shí)間需求，同時(shí)兼顧系統(tǒng)應(yīng)用的安全性。

　　圖4、軟啟動(dòng)時(shí)間及過載保護(hù)延遲時(shí)間調(diào)整

　　應(yīng)用實(shí)例

　　若使用傳統(tǒng)PWM IC來實(shí)現(xiàn)上述功能，往往需要增加許多周邊電路，不僅增加設(shè)計(jì)時(shí)間與材料成本，電路可靠度也是一大問題。如圖5所示(點(diǎn)擊放大)，LD7533成功了整合應(yīng)用所需電路，提供了極精簡化設(shè)計(jì)的解決方案，讓工程人員能更快速的完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

　　圖5、LD7533高功率輸出解決方案與傳統(tǒng)應(yīng)用差異比較

　　結(jié)論

　　利用LD7533瞬間高功率輸出解決方案，實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)成瞬間高功率輸出并降低變壓器設(shè)計(jì)成本，在應(yīng)用需求與設(shè)計(jì)成本之間取得最好的平衡點(diǎn)。另外，若調(diào)整它的的軟啟動(dòng)時(shí)間及過載保護(hù)延遲時(shí)間，即可滿足各種不同產(chǎn)品的應(yīng)用需求，大幅縮短專案開發(fā)所需時(shí)程。