全集成、部分集成和分立开关电源方案比较分析

2009-12-20 20:55:42来源: Tyco电子公司

  便携式设备适配器设计需要综合考虑高效率、低空载功耗、宽交流电压输入、电磁干扰、PCB尺寸以及成本等多方面的要求,全集成架构具有较高的性能但成本较高,而分立方案成本低但开关频率不稳定以及开关损耗高,部分集成方案有效综合了全集成和分立方案的特点。本文对这些不同架构进行了深入分析。
  
  随着手机及PDA等便携式设备的应用日益增加,对低功率电源适配器的需求也在不断增加。这些电源的典型特性包括符合安全标准的交流隔离、1至5瓦的输出功率、5Vdc ( 5%的输出电压、符合Blue Angel(EN6100-3-2)要求的低空载功耗、低电磁干扰(EMI),以及其他开关电源(SMPS)所需的故障保护等。其中大多数还要求具有85至265Vac的交流输入电压。
  
  采用交流电频率(30~80Hz)变压器与整流器的线性电源性价比很高,且能满足隔离、故障保护及EMI要求。但这些器件不仅笨重,还不能满足宽输入电压及空载功耗要求,且一般不能满足电压调整要求。而由整流器与回扫转换器所组成的SMPS则能满足以上要求,但其成本要远高于线性电源,尤其当采用全集成芯片架构时。


  
  由于输出功率较小以及电压调整要求相对较宽松,且与系统成本相比,功率密度及效率不是主要的约束条件, 因此SMPS可用分立半导体器件来实现以降低系统成本。尽管这种方法可满足基本的电压要求,但却不是固定频率设计,因为PWM频率会随输出电流及输入交流电压的变化而改变。此外,谐波也会在某些应用中引起噪声问题。由于导通及关断速度较慢,故其开关损耗也较大,因为没有用于高压MOSFET的驱动器。由于未采用空载跳周期(cycle skipping)模式,因此也可能不满足Blue Angel标准的要求,并且也难以实现一些基本的保护功能,如过热保护、过压保护及欠压保护等,而这些功能通常都是SMPS所要求的。
  
  基于以上这些原因,人们开发出了一种部分集成的解决方案,这种解决方案不仅能消除分立解决方案有关的局限性,而且成本还低于全集成方案。
  
  其他SMPS架构
  
  面向低功率及通用输入电压应用的典型SMPS架构尽管都用一个由回扫拓扑及隔离反馈电路所组成的基本平台,但不同的架构其初级有很大的差异。全集成方案与分立器件方案是目前最流行的两种解决方案。


  
  1. 全集成方案
  
  图1为一种典型全集成架构。U1为用于全输入电压范围的高电压IC,该芯片在一个硅片上集成了高电压开关晶体管与控制逻辑,而没有采用目前流行的将两块裸片置于一个封装中的混合设计。图1中反馈信号通过光耦ISO1加于IC的Bias/FB(偏压/反馈)端,变压器的偏置线圈为IC提供电源。
  
  在上电期间,偏置线圈上没有感应电压,IC电源由从高压端至偏压端与储能电容C3的内部电流源提供。当偏压达到工作电平时,IC即开始以不断增加的占空比进行开关(软启动)。启动后,由偏置线圈为IC提供电源,而内部电流源则由控制逻辑关断。IC拥有内部检流电路,以提供逐周期的电流限制。

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关键字:便携式设备  电源  集成  分立开关

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2009/1220/article_2154.html
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