节能家电电源整体解决方案

作者：WonseokKang时间：2012-11-20来源：电子产品世界收藏

　　摘要：家电是节能推行过程中重要的一部分。在本文中，推荐了家电电源的整体解决方案。通过融合最先进的技术，能够设计出顶尖的开关电源，这引起了系统设计者极大的兴趣。本文描述每款产品的功能特点和优点，并列出评估板的测试结果。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/139109.htm

　　引言

　　家庭使用的电量中，有多达一半用于供暖和制冷。因此，明智地选择供暖、通风和空调系统，对电费账单会有很大影响。家庭里节约用电也有利于保护环境。在这个关键时刻，半导体供应商在开发能效改进技术方面正日益发挥重要作用。大多数行业专家都认为，电机控制、照明、计算和电源领域是新能源技术在能耗方面能够产生重大影响的领域。结合对系统和应用的深入理解以及产品的改进，能够产生使能源使用效率最大化的解决方案。通过减少能源浪费，可以在不影响消费者选择的情况下，实现大幅节能。

　　反激式转换器 IC

　　FSL176MRT 由脉冲宽度调制 (PWM) 控制器和 SenseFET 组成，专用于离线式开关电源并且外围器件最少 (SMPS)。 PWM 控制器包括集成式固定频率振荡器、欠压闭锁、前沿消隐、优化的栅极驱动器、内部软启动、用于环路补偿的具有温度补偿的精密电流源和自我保护电路。它提供的保护功能包括过载保护、过压保护、异常过流保护、带滞洄的内部过热关断功能、逐脉冲电流限制、以及输出短路保护。这些高级保护功能可以确保转换器的可靠操作。它还提供实现低电磁干扰 (EMI) 的随机频率波动功能，如图 1 所示。电磁干扰 (EMI) 的噪音量与开关频率直接相关。在 FSL176MRT 中，工作频率由外部反馈电压和内部自激振荡器在每次开关时随机确定。因此，电磁干扰 (EMI) 噪音在典型开关频率周围扩散，因此可以降低。此外，还可以降低为了符合电磁干扰 (EMI) 规范(例如 EN55022)而需要使用输入滤波器所带来的成本。　　

　　同步整流控制器

　　FAN6204 是一款用于驱动同步整流 MOSFET 的次级端同步整流控制器，可提高效率。它采用了创新的线性预测时序控制，用于确定同步整流 MOSFET 的开启和关闭。这种控制技术侦测的是变压器绕组的电压和输出电压，而不是通过 MOSFET 的电流。因此，可以保证更好的抵抗噪声能力。另外，这种技术并不需要来自初级端的通信信号，从而可以减少外部组件和简化电路板布局。它还提供各种针对异常状况的保护功能。对负载变化采用错误因果时序保护、栅极扩展限制保护和 RES 瞬降保护。提供 LPC 和 RES 引脚开路/短路保护，防止连接到 LPC 或 RES 引脚的电阻损坏时，控制器出现错误操作。另外还提供内部过温保护和 Vdd 过压保护。它还采用 mWSaverTM 技术。这种技术可以在节能模式时停止控制器的开关动作，以改进空载或轻载效率。在这种情况下，可以将功耗水平降至最低。

　　PowerTrench MOSFET

　　沟道栅极 MOSFET 是在中低压应用中最适合的功率器件。 PowerTrench^®MOSFET 是一款新型的中压功率 MOSFET，专为同步整流进行高度优化。它采用屏蔽栅极结构，其中的保护电极连接到源极，如图 2 所示。屏蔽电极，以及电极与漂移区之间较厚的氧化层，为漂移区提供电荷平衡。这使得在漂移区可以使用更多的掺杂质，从而降低漂移电阻。与上一代产品相比，MOSFET 的漂移阻抗得到了显著改进。这个非常低的 RDS(ON) 直接降低了同步整流 MOSFET 的导通损耗。在轻载条件下，导通损耗极小，而驱动损耗则更为重要。对于功率 MOSFET，栅极电荷参数是驱动损耗的最重要因素。这种 MOSFET 的栅极电荷比传统沟道 MOSFET 低一半以上，在轻载条件下可以显著降低驱动损耗。除了 RDS(ON) 和栅极电荷之外，其他参数，例如体二极管反向恢复电荷 (Qrr)、内部栅极电阻以及 MOSFET (QOSS) 的输出电荷现在在同步整流中也逐渐变得更为相关。这些损耗器件的重要性随着开关频率的提高而提高。同步整流 MOSFET 的开关损耗由下列公式确定。
　　Psw= (Qrr-Qoss)*Vds*fsw
　　显然，为了获得更高效率，降低体二极管的反向恢复电荷尤为重要。现在，MOSFET 已经过优化，可最大限度地降低体二极管的反向恢复电荷。

　　系统性能

　　飞兆半导体的解决方案在 40W 额定多输出开关电源下经过评估。它具有 4 个输出，其中主输出为 13.2VDC、2.8A。其他输出为两个 5V 和 15V，额定电流各为 0.1A。这是主流电冰箱电源的典型配置。图 3 显示了两个解决方案的系统效率。在 220VAC 输入时，较之现有竞争对手的解决方案，推荐解决方案的效率更高。在 115VAC 输入时，它的效率同样更高。应注意的是，推荐的解决方案可提供极佳的轻载效率，而这正是在行业内日益关注的。图 4 显示的是初级开关管上的峰值电压。推荐解决方案的电压尖峰要低得多，而这有助于提高系统可靠性和降低缓冲器功耗。测试还验证了，使用推荐的解决方案，还可以降低主要器件的工作温度。　　