简化离线式开关电源的设计

　　表2列出了两种模式的优缺点。
　　两种模式各有其优缺点,可根据设计要求进行选择。可以挑选大负载的连续模式设计,或选择小负载的非连续模式设计。有电压和电流两种控制模式,在电压模式中,次边电压被反馈,直接控制工作循环;而在电流模式中,次边电压被反馈,控制最大的开关电流,即控制IC的PWM部分使开关闭合,当电流达到反馈设定的极限时,开关就断开。

控制器的选择
　　过去,大多数SMPS系统采用分立控制器IC和用场效应晶体管(FET)作为开关,现在可以采用集成控制器,这些集成器件针对各种功率级别和应用进行了优化,通常可分为双芯片式和单芯片式两类。双芯片式包括控制器芯片和MOSFET芯片,而单芯片式仅有一个芯片,一般采用BCDMOS工艺制造。采用BCDMOS工艺制造高压功率MOSFET器件,它的局限性多于采用优化MOSFET工艺制造的器件。通常,采用BCDMOS工艺制造的芯片的单位面积RDS(on)值会高出许多。

　　然而,单芯片解决方案的成本较低,在低功率应用领域具有优势。因此,一般是为高功率应用选择双芯片方案,而为低功率应用选择单芯片方案,高低功率的分界点在15至20W左右,飞兆半导体有提供两种类型的功率开关。

应用实例
　　图4所示为采用KA5M0365R的通用开关模式电源的电路图,KA5M0365R是双芯片器件。电源的输入电压为85～265VAC,开关频率为66kHz,输出为3.3V、1.2A,5V、1.5A,9V、0.5A和33V、0.1A。

　　内部MOSFET的额定值为3A和650V,但不是简单的MOSFET,而是SenseFET,其源极面积约有1%被隔离出来,形成次感应源极。漏极电流的1%来自感应源极,它流经集成电阻器,便于准确地测量电流值,不存在与外部电流采样电阻器相关的损耗。

　　自线路输入端开始,首先是一个用于抑制EMI的滤波器,接下来是桥型整流器、NTC电阻器和滤波电容器。NTC电阻器用于避免开关闭合时的电流浪涌。在第一次接通电源时,FPS以旁路模式工作,吸收极少的电流,Vcc电容器被充电,一旦达到电压锁定阈值15V范围的上限,该器件就开始开关,它的电流需求增加,Vcc电压开始下降。然而,假定Vcc电容器足够大,Vcc电压仍保持在电压锁定阈值范围的较低水平,在正常运作期间,第三线圈开始供电。

　　缓冲网络(Snubber Network)连接在变压器初级的两端,以确保变压器泄漏电感引起的尖峰信号,不会造成开关漏极电压超过其击穿电压。如果超过击穿电压,器件会发生雪崩,由于它具有一定的雪崩额定值,这样仅仅多消耗一点功率,不需配置昂贵的齐纳缓冲器。

　　有四个次级线圈提供四路电压输出,通过一个光耦,由431型电压参考器提供反馈信号。

保护功能
　　所有的离线式电源必须达到一定的安全标准,图4所示的设计具有良好的保护功能,得益于控制器具有的过载保护、过压保护、过流保护、欠压保护和过热保护特性。

　　如果电源超负载但未短路,输出电压将会降低,反馈电压上升,占空比增加以进行补偿。然而,因为初边电流有限,可转换的最大功率也是有限的,因此反馈电压将继续上升。一旦它达到阈值,器件的开关动作就会停止。过载保护可延时以避免负载瞬变导致的错误触发。如果在反馈回路中出现开路故障,反馈引脚电压将上升,导致工作循环增加,输出电压也将上升,Vcc引脚电压同样也上升,一旦Vcc电压达到保护阈值,设备就关闭,以避免损害次级。

　　如果在反馈回路中出现短路故障,反馈引脚将接地,器件的开关动作也会停止。如果次级整流器发生短路,或负载短路,在开关闭合之后,立即有大电流流经开关,从而造成损害。因此,器件会测量在开关闭合后极短时间内的电流,如果电流值比阈值高,器件会停止运转。如果器件试着自动重新启动,保护功能会锁死开关动作以避免重复的应力。另外,器件具有前沿屏蔽功能。

针对特定应用的改进
　　低功率电源常常是备用、辅助电源,或用于内务处理,FSDH0165或FSDH565等单芯片器件适用于此类电源,芯片集成了控制器和SenseFET。