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          全集成、部分集成和分立開關(guān)電源方案比較分析

          作者: 時間:2009-12-20 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            適配器設(shè)計需要綜合考慮高效率、低空載功耗、寬交流電壓輸入、電磁干擾、PCB尺寸以及成本等多方面的要求,全架構(gòu)具有較高的性能但成本較高,而分立方案成本低但開關(guān)頻率不穩(wěn)定以及開關(guān)損耗高,部分方案有效綜合了全和分立方案的特點。本文對這些不同架構(gòu)進行了深入分析。
            
            隨著手機及PDA等的應(yīng)用日益增加,對低功率適配器的需求也在不斷增加。這些的典型特性包括符合安全標準的交流隔離、1至5瓦的輸出功率、5Vdc ( 5%的輸出電壓、符合Blue Angel(EN6100-3-2)要求的低空載功耗、低電磁干擾(EMI),以及其他開關(guān)(SMPS)所需的故障保護等。其中大多數(shù)還要求具有85至265Vac的交流輸入電壓。
            
            采用交流電頻率(30~80Hz)變壓器與整流器的線性電源性價比很高,且能滿足隔離、故障保護及EMI要求。但這些器件不僅笨重,還不能滿足寬輸入電壓及空載功耗要求,且一般不能滿足電壓調(diào)整要求。而由整流器與回掃轉(zhuǎn)換器所組成的SMPS則能滿足以上要求,但其成本要遠高于線性電源,尤其當采用全集成芯片架構(gòu)時。


            
            由于輸出功率較小以及電壓調(diào)整要求相對較寬松,且與系統(tǒng)成本相比,功率密度及效率不是主要的約束條件, 因此SMPS可用分立半導(dǎo)體器件來實現(xiàn)以降低系統(tǒng)成本。盡管這種方法可滿足基本的電壓要求,但卻不是固定頻率設(shè)計,因為PWM頻率會隨輸出電流及輸入交流電壓的變化而改變。此外,諧波也會在某些應(yīng)用中引起噪聲問題。由于導(dǎo)通及關(guān)斷速度較慢,故其開關(guān)損耗也較大,因為沒有用于高壓MOSFET的驅(qū)動器。由于未采用空載跳周期(cycle skipping)模式,因此也可能不滿足Blue Angel標準的要求,并且也難以實現(xiàn)一些基本的保護功能,如過熱保護、過壓保護及欠壓保護等,而這些功能通常都是SMPS所要求的。
            
            基于以上這些原因,人們開發(fā)出了一種部分集成的解決方案,這種解決方案不僅能消除分立解決方案有關(guān)的局限性,而且成本還低于全集成方案。
            
            其他SMPS架構(gòu)
            
            面向低功率及通用輸入電壓應(yīng)用的典型SMPS架構(gòu)盡管都用一個由回掃拓撲及隔離反饋電路所組成的基本平臺,但不同的架構(gòu)其初級有很大的差異。全集成方案與分立器件方案是目前最流行的兩種解決方案。


            
            1. 全集成方案
            
            圖1為一種典型全集成架構(gòu)。U1為用于全輸入電壓范圍的高電壓IC,該芯片在一個硅片上集成了高電壓開關(guān)晶體管與控制邏輯,而沒有采用目前流行的將兩塊裸片置于一個封裝中的混合設(shè)計。圖1中反饋信號通過光耦I(lǐng)SO1加于IC的Bias/FB(偏壓/反饋)端,變壓器的偏置線圈為IC提供電源。
            
            在上電期間,偏置線圈上沒有感應(yīng)電壓,IC電源由從高壓端至偏壓端與儲能電容C3的內(nèi)部電流源提供。當偏壓達到工作電平時,IC即開始以不斷增加的占空比進行開關(guān)(軟啟動)。啟動后,由偏置線圈為IC提供電源,而內(nèi)部電流源則由控制邏輯關(guān)斷。IC擁有內(nèi)部檢流電路,以提供逐周期的電流限制。


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