高壓MOSFET控制器簡(jiǎn)化非隔離式切換器的設計

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高壓MOSFET控制器簡(jiǎn)化非隔離式切換器的設計

有許多應用需要小包裝離線(xiàn)開(kāi)關(guān)電源通過(guò)交流電源或必須占用系統主板空間小。這些范圍可以從“永遠在線(xiàn)”用于家庭自動(dòng)化智能電表，能耗監視器家電，在照明應用的高功率因數低成本的離線(xiàn)式LED驅動(dòng)器，以滿(mǎn)足總諧波失真(THD)的國際要求， EMC和安全性。更高的效率和輸出電流能力是兩個(gè)更令人信服的理由設備制造商遷移到交換機。這些優(yōu)勢將幫助OEM廠(chǎng)商滿(mǎn)足降低功耗的監管要求，而對于更大的電流滿(mǎn)足要求。然而，其他的切換器的優(yōu)點(diǎn)，如小型化，更寬的輸入電壓范圍，和故障保護，是顯著(zhù)的為好。這種集成的控制器，內置高壓MOSFET，用于非隔離的低功率AC / DC轉換應用包括功率半導體制造商，如德州儀器，Power Integrations公司，意法半導體，飛兆半導體和安森美半導體在其他的莊家。 TI近期推出了一款集成控制器UCC28880這些應用程序。它集成了一個(gè)脈寬調制(PWM)控制器和700 V MOSFET，以及一個(gè)高壓電流源在一個(gè)芯片上，從而啟動(dòng)和直接操作從整流的市電電壓(圖1)。另外，如圖1，它包括一個(gè)5伏調節器和保護功能像一個(gè)限流器，過(guò)熱保護，欠壓鎖定(UVLO)，以及用于短路在輸出過(guò)載的保護。非隔離開(kāi)關(guān)盡管芯片的高功能集成，高壓開(kāi)關(guān)的功耗非常低。的部分的額定為約100的靜態(tài)電流在低負荷與提供100 mA的輸出電流的能力。更重要的是，7引腳SO封裝減小系統尺寸和成本。根據供應商，設計人員可以使用此開(kāi)關(guān)來(lái)構建各種轉換器拓撲結構，如降壓，降壓 - 升壓，反激式，具有外部元件數量最少。圖1：TI的UCC28880集成了控制器和一個(gè)單芯片上的700 V功率MOSFET。它還集成了片上高壓電流源。

圖1：TI的UCC28880集成了控制器和一個(gè)單芯片上的700 V功率MOSFET。它還集成了片上高壓電流源。對于這種開(kāi)關(guān)IC的快速和容易評估，TI已經(jīng)創(chuàng )建了基于UCC28880(PMP8550)的參考設計。它提供了使用高側配置降壓非隔離式AC / DC解決方案;設計產(chǎn)生13 VDC和12.8 VDC之間的穩壓輸出固定在120 mA和示于圖2。由于參考設計采用狂烈模式，無(wú)需環(huán)路補償是必要的，從而降低材料清單(BOM)計數極少數如圖2.測性能對于該電路外部元件的顯示，總體效率和上述跨低70%到高負荷的變化為160伏直流輸入，其滴一點(diǎn)點(diǎn)隨著(zhù)輸入電壓增加至320直流電壓(圖3)。由于輸出電壓調節好，產(chǎn)量低兩端之間13 VDC和12.8 VDC高負荷變化，每個(gè)測試結果的參考設計樣機由TI建成。同樣地，獲得滿(mǎn)意的結果為瞬態(tài)響應和EMI的干擾。

圖2：采用高邊降壓配置中采用的UCC28880的非隔離式AC / DC解決方案。它產(chǎn)生的13 VDC正輸出電壓為120毫安。

圖3：非隔離的AC / DC轉換器在圖2中在寬范圍的輸出電流的測得的效率性能。低成本的解決方案類(lèi)似，Power Integrations公司解決了其使用LinkSwitch-TN的離線(xiàn)式開(kāi)關(guān)IC的系列低功耗的非隔離式AC / DC的要求。制造商聲稱(chēng)，開(kāi)關(guān)電源使用的LinkSwitch-TN將提供線(xiàn)性和電容式滴管電源看齊系統成本建造。盡管降低成本，使用LinkSwitch-TN型AC / DC開(kāi)關(guān)不會(huì )在性能上妥協(xié)，稱(chēng)供應商。旨在實(shí)現降壓，降壓 - 升壓，反激式拓撲，使用LinkSwitch-TN芯片集成了一個(gè)700 V功率MOSFET與所需電源控制器功能。這些措施包括振蕩器，開(kāi)關(guān)控制電路，高壓開(kāi)關(guān)電流源，頻率抖動(dòng)對于電磁干擾(EMI)降低，逐周期電流限制和熱關(guān)斷(圖4)。

圖4：LinkSwitch-TN的構件LNK304 / 6的功能框圖。這個(gè)家族的主要成員包括LNK302 LNK304和306到這些芯片得到啟動(dòng)和運行功率從漏極的輸入電壓，無(wú)需單獨的偏置電源降壓或反激式轉換器。對于非常低系統成本，LNK302采用無(wú)自動(dòng)重啟的簡(jiǎn)化控制器。另外，部分被推薦用于非隔離電源的下360毫安輸出電流范圍。一個(gè)典型實(shí)施12 VDC，120毫安非隔離開(kāi)關(guān)在家電如電飯煲和洗碗機使用是如圖5所示。根據產(chǎn)品數據表，LNK304被選定為這個(gè)應用程序，使其工作在大多非連續模式(MDCM)。二極管D1約為75 ns的反向恢復(TRR)的時(shí)間是可以接受的MDCM操作。對于連續導通模式(CCM)運行，與35 ns的TRR二極管被推薦的產(chǎn)品數據表。

圖5：LNK304基于非隔離的AC / DC轉換器與通用輸入和±12VDC輸出以120mA的輸出電流。除了應用筆記AN37這些零件，¹Power Integrations公司已經(jīng)準備好也參考設計和設計實(shí)例，以簡(jiǎn)化在這些應用中使用的LinkSwitch-TN產(chǎn)品。舉例來(lái)說(shuō)，比如設計DER-386介紹一個(gè)9瓦的高效率功率因數校正使用LNK306DG非隔離降壓LED驅動(dòng)器。一個(gè)完整的原理圖呈現PCB布局和測量的性能結果本文檔中描述。其他供應商在低功率離線(xiàn)非隔離開(kāi)關(guān)磨損包括意法半導體，飛兆半導體和安森美半導體。ST，例如，推出的演示板(圖6)，指定STEVAL-ISA035V1，采用低功耗開(kāi)關(guān)IC的VIPer12A-E或VIPer22A的-E，后者專(zhuān)為12 VDC在350 mA和16 VDC在350 mA時(shí)。

圖6：ST的評估板STEVAL-ISA035V使用引腳對引腳兼容開(kāi)關(guān)IC的VIPer12A-E或VIPer22A的-E?？傊?，有很多應用需要低功耗的非隔離式AC / DC開(kāi)關(guān)在緊湊型封裝成本低。這篇文章解釋說(shuō)，有這個(gè)服務(wù)領(lǐng)域的多家供應商，并討論了一些他們提供的集成電路。除了擴大其產(chǎn)品組合，這些供應商也加入新的花俏而不增加成本或影響性能。