待机功耗特低的开关电源

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:简要介绍了功率MOSFET驱动器MC44608的组成和特点,着重描述了以MC44608为核心的待机功耗开关电源的典型应用和由MC44608构成的80W TV电源的实用电源,并对设计应用中的几个问题进行了讨论。 关键词:低待机功耗 SMPS TV电源 MC44608 1 引言 当今,社会、家庭和办公室中的各种装置的待机损耗已成为污染的重要来源。通常,电视接收机、监视器、打印机、传真机等家电产品的能量消耗都有两种截然不同的模式:即运行模式和待机模式。运行模式时,在保证同样系统性能的前提下,可以通过降低各部分能耗来实现节能(如电源交率直接影响系统总线耗等)。而待机模式则有所不同,这些电路中的唤醒单元是永久供电的,以便随时准备使整个系统重新运行。 对于任何由墙式电位插座供电的装置,待机模式的功耗目标为1W。传统的办法是断开负载而保持电源运行,即禁止模式,但此时系统的泄漏功率难以消除。为解决以上问题,可采取在待机模式期间完全断开电源,设置一个微功率副电源支持唤醒单元的办法来解决。MC44608控制器即可适应这种需求,利用它可设计出高效率的待机功耗绿色开关电源。 图1 MC44608的内部结构原理框图 2 MC44608的特点和构成 2.1 MC44608的特点 MC44608由于采用了有效的SMPS状态检测技术,因而可用次极重新配置来实现泄漏功率抑制。该器件的特点如下: *采用了高效PWM和低功耗特机的脉冲模式技术; *芯片振荡器开关频率有40kHz、75kHz和100kHz三种可供选用; *具有占空比控制、欠压锁定、过压保护、去磁保护、内部热保护等多种功能; *可用程序控制待机开关。 *具有较低的dV/dT,可保证较低的EMI辐射。 2.2 MC44608的构成 MC44608的内部结构如图1所示,它是一个功率MOSFET驱动器,采用DIP-8塑封,它具有反激SMPS控制器的所有基本功能,其中包括一具有500V电压能力的集成启动电源、一个内部固定频率振荡器(频率有三个:MC44608P40为40kHz,MC44608P75为75kHz,MC44608P100为100kHz)、一个保证断续电流模式工作的变压器去磁检测系统(亦可工作于自激振荡器SOPS或准谐振模式)、一个允许光闭环调整的并联调整器、一个用于两种模式(正常和脉冲模式)且完全可编程的过流检测和防止调整失控的过压保护等。 图2 MC44608的构成的待机功能为1W的80W TV电源电路 3 MC44608的应用电路 3.1 低待机动耗80W TV电源电路 图2是以MC44608为核心构成的一款低待机功耗80W TV电源电路。电路中采用箝位和缓冲网络降低了EMI辐射,从而提高了较高线电压功率开关的击穿安全容限。所用变压器为Thomson-OREGA公司生产的10642520-P1,其性能指标见表1所列。 表1 变压器的性能指标 项 目 匝 数 参数值 引 脚 初级 40 180mH 1-3 112V 40 - 14-12 16V 6 - 11-10 8V 3 - 9-8 辅助绕组 4 - 6-7 初级峰值电流   3A   当工作于激励模式时,MC44608用于提供常规反激控制器性能。其中两个独立过压保护(一个感测Vcc,另一个感测备用绕组电压)可提供很高的安全电平。由于第二个OVP与Vcc平滑电容无关,故反应迅速。去磁检测可在安全间断电源模式时改善电路的短路特性。该电路在脉冲工作模式时的输出功率接近1W。此外,在待机模式下,还可以靠降低功率元件上的电压来提高安全电平。同时适当选择Ton和Toff周期和振荡器的开关频率可使电流运行在SOPS模式。 3.2 MC4408构成的SMPS电源电路 图3是由MC44608构成SMPS电源的实际应用电路原理图。该电路是一种以待机功耗为1W的150W SMPS电源为背景进行设计的。电路中的变压器初级采用光耦合器IPT1进行隔离,以避免初次级之间的相互影响。 112V输出被连接到TL431的分压器进行调整,其注入到光电隔离器件的电流正比于112V的dVout偏差电压。此电流通过光电隔离器件馈入MC44608的脚3后,再由MC44608内部的并联调整器变换为电压,以使电压模式PWM控制器控制功率开关。 在变压器次级,用与TO-92晶闸管MCR22-6串联的快速二极管和阻容网络(4.7kΩ、120pF)可使晶闸管占火与TMOS关断(在反馈电压的上升沿)同步。在SMPS正常模式,阻容网络产生的尖峰脉冲可通过待机开关直接到地。待机开关可由任何唤唤醒单元(如图2中μP等)控制。 图3 MC44608构成的SMPS电源电路 4 设计应用中的几个问题 4.1 SMPS次级的重新配置 SMPS变压器是通过初级/次级进行能量传输,并根据初级绕组与各次绕组间的匝比确定输出电压。在正常模式期间,其输出必须被调整列具有最好的稳定性。 次级重新配置的原理是对所希望调整输出的绕组匝数比进行调节,可采用SMPS次级开关来实现。这种开关结构建立了变压绕组与唤醒单元电源干线之间的连接。在待机模式,当开关闭合时,在ON周期存储在变压器初级组中的电流将不再传输给相应的输出高压绕组,而是注入到低压绕组。其结果是停止向高压输出供电,并迅速向低压输出供电。而在正常模式,通过TL431可以调整对能量需求的急剧增加,与TL431并联的齐纳二极管可确保低干线电压的调整。 4.2 脉并中模式工作时的SMPS负载禁止 SMPS次级重新配置对SMPS工作状态的另一个影响相当于电流源的高压绕组被偏置在低电压下,此时在112V输出端得到的电压将变为11.2V,16V输出变为1.6V,Vcc降到1.2V,显然在此条件下,MC44608将停止工作。因此,当达到欠压锁定电平时,芯片将进入等待状态。在等待状态结束时,芯片可借助启动Vcc平滑电容C7的重新充电过程和启动状态来重新启动电源,但若次级重新配置仍然工作,则将重复相同的关闭时序。 4.3 工作模式的启动选择 通过MC44608工作模式的自动选择特性可使待机电源自动检测SMPS次级是配置在正常模式还是脉冲模式。执行此功能不需通过芯片上的任何特殊引脚,也不需另外的元件。此原理是以每个能量包结束时的调整器状态存储为基础的。两种类型的脉冲模式各自对应于不同功能,其中打隔模式对应于次级过载,脉冲模式对应于次级重新配置启动。 图4 不同芯片的状态相 在打嗝模式期间,最重要的特性是确保器件不损坏。在此条件下,功率元件(变压器、MOSFET和二极管等)必须保持在一个可接受的温度范围内。为保证这种状态,脉冲占空因数只占脉冲周期的10%。不同芯片的状态相如图4所示。 5 结束语 绿色电源是当今电源领域的热点之一。待机功耗小于1W是电源设计师追求的目标。TV电源等一些家庭办公装置中的电源采用MC44608可实现待机功耗小于1W的目标,并可简化电路、降低成本,提高可靠性,减少开发周期。
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