FAN6754-用于反激式適配器的多功能PWM控制器

當你把幾乎任何小型計算或消費電子設備插入電源插座時(shí)，便不難發(fā)現手中的插頭大部分都連接到外部電源(EPS)。EPS是所有小型電子設備工作的必不可少的部分，單單在美國，就有多達15億個(gè)在使用中 (據業(yè)界估計，在全球則超過(guò)30億個(gè))。

　　EPS的核心是多功能PWM控制器集成電路(IC)(如飛兆半導體的FAN6754)以及功率 MOSFET，它們聯(lián)合工作，為負載高效分配能量，并監控電路以保護系統。所有元器件都被集成在一個(gè)精簡(jiǎn)的封裝中，與過(guò)去那種看起來(lái)老舊笨重的電源成了強烈對比。

　　PWM控制器可被視為電源的大腦。它監控反饋數據并調整占空比，以調節開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)的輸出電壓，幫助系統滿(mǎn)足所有相關(guān)節能標準。

　　這種綠色模式PWM控制器可以提高效率，并增加了保護功能，將受到致力于滿(mǎn)足最新綠色功耗標準的工程師們所青睞。隨著(zhù)全球對節能問(wèn)題的重點(diǎn)關(guān)注，監管機構開(kāi)始研究所有 “綠色”方法，各種標準因而相繼被制定出來(lái)，規定筆記本電腦電源等產(chǎn)品必須擁有更高的效率。降低待機功耗和提高效率已成為眾多倡議的一項關(guān)鍵要素，比如美國的自愿性能源之星(ENERGY STAR)效率分級計劃，和歐盟及亞洲一些國家采用的強制性產(chǎn)品節能規范等。

　　譬如，ENERGY STAR EPS version 2.0要求的工作模式效率和更低的空載功耗比目前標準更嚴格。該要求強制規定平均工作模式效率須至87%才能取得能源之星標簽 (參見(jiàn)表1)。

　　ENERGY STAR v.2.0規范針對EPS的另一個(gè)規定是合格的AC-AC外部電源或AC-DC外部電源在空載條件下可使用的最大輸入功率?？蛰d模式下的最大功耗級見(jiàn)表 2。

　　不論在成本上還是在技術(shù)方面，反激式拓撲都已被證明是一種有效的解決方案，在筆記本電腦或膝上型電腦的AC-DC適配器和充電器中用脈寬調制(PWM)功率轉換來(lái)實(shí)現。飛兆半導體的FAN6754是一款高度集成化的綠色模式PWM控制器，能夠提供多項可增強反激式轉換器性能的出色功能，比如：HV啟動(dòng)系統(能承受700V)、可降低EMI的跳頻技術(shù)，以及更高的集成度以節省外接部件等。工程師使用這款控制器，可獲得比采用分立式元件的解決方案更高的可靠性和更低的BOM成本，以及更低的裝配成本。為了進(jìn)一步降低功耗，FAN6754采用了BiCMOS制造工藝，故能夠允許工作電流小于2mA (典型值為 1.7mA)。

　　FAN6754還有兩個(gè)實(shí)用的功能。與提高效率同等重要的是，該器件讓電源設計人員能夠以較少的外部部件，提供全方位的保護功能，從而降低成本，簡(jiǎn)化設計。另外，保護功能對創(chuàng )建具成本效益的電源至關(guān)重要，因為任何通過(guò)增大元件尺寸來(lái)處理過(guò)壓力問(wèn)題的需求，都會(huì )對成本和終端產(chǎn)品的物理參數產(chǎn)生不利影響。

　　FAN6754擁有眾多安全功能，如欠壓鎖定(UVLO)、過(guò)載保護 (OLP)、過(guò)壓保護(OVP)、過(guò)流保護(OCP) 和過(guò)流限制(OCL)。這些功能與熱關(guān)斷模式(帶軟件式安全重啟功能)相結合，共同保護精密的電路。內置8ms軟啟動(dòng)電路可大大減少啟動(dòng)電流尖峰和輸出電壓過(guò)沖現象。適當利用這些保護和控制功能，設計人員就更有信心使設計更接近設計余量。

　　綠色模式工作

　　FAN6754 PWM控制器整合了不少靈活的設計特性，可降低筆記本電腦適配器的總體功耗。例如，為了把待機功耗降至最低，該器件采用了一項專(zhuān)有的綠色模式功能，其在輕載條件(如25%的負載)下可提供非導通時(shí)間調制(off-time modulation)來(lái)連續降低開(kāi)關(guān)頻率。由于SMPS中的大部分損耗都與PWM頻率成正比，故非導通時(shí)間調制能夠減小電源在輕載和空載條件下的功耗。以電壓反饋環(huán)路的反饋電壓VFB為參考值，一旦VFB低于閾值電壓，開(kāi)關(guān)頻率便會(huì )持續降低。

　　實(shí)現效率最大化的另一個(gè)關(guān)鍵因素是對固定基頻(以及倍數開(kāi)關(guān)頻率)下開(kāi)關(guān)器件產(chǎn)生的EMI(電磁干擾)的控制，因為這種干擾會(huì )對電網(wǎng)產(chǎn)生有害影響。飛兆半導體的FAN6754采用了跳頻技術(shù)(見(jiàn)圖1)，可以在更寬廣的頻率范圍上擴展能量。采用這種辦法，可減小信號衰減，滿(mǎn)足 EN55022 (輻射和傳導放射歐盟標準) 和 CISPR 22 Class B (輻射和傳導放射國際標準)等國際規范。

　　利用這種技術(shù)，FAN6754以最少的濾波器且無(wú)需增加抑制元件即可降低峰值放射，從而盡量避免了這些器件造成的成本增加、空間占用和對寶貴能量的消耗。在這種專(zhuān)利技術(shù)(美國專(zhuān)利號7026851)中，頻率隨不同電容器之間的切換而變化。

　　降低開(kāi)關(guān)頻率的一個(gè)不良副作用是它可能產(chǎn)生噪聲(大多數開(kāi)關(guān)充電器都受開(kāi)關(guān)功能本身產(chǎn)生的噪聲之影響)。由于開(kāi)關(guān)的頻率隨輸出負載而變化，故開(kāi)關(guān)頻率可能下降至音頻頻帶，當基頻在人耳聽(tīng)力范圍之內時(shí)，會(huì )導致可聞的噪聲。為了避免聲學(xué)噪聲問(wèn)題，最小的綠色模式PWM頻率設置為22KHz。

　　峰值電流模式PWM控制的另一個(gè)特性是電流控制環(huán)路可能變得不穩定，導致次諧波振蕩。為了防止這種情況的發(fā)生， 在FAN6754 PWM在占空比超過(guò)45%時(shí)，也就是說(shuō)開(kāi)關(guān)周期內有45%以上的時(shí)間PWM開(kāi)關(guān)處于導通狀態(tài)時(shí)，就會(huì )采用同步斜率補償(synchronized slope compensation)。