節能型瞬間高功率輸出解決方案
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手工具機、噴墨式印表機及硬碟機等馬達性負載啟動(dòng)瞬間需要較高的啟動(dòng)電流。面對如此大范圍變化的功率需求，若以啟動(dòng)瞬間的條件來(lái)設計變壓器，會(huì )造成平時(shí)工作狀態(tài)的過(guò)度設計(Overdesign)而增加設計成本，我們將針對需求特性及原理進(jìn)行分析。
根據法拉第定律，返馳式轉換器(Flyback converter)的能量轉換公式如式(1)所示，由以下公式中我們可以看出，一次側的峰值電流變化量受到輸入電壓(VI)、電感感量(L)、導通時(shí)間(DON)以其操作頻率(FSW)等參數影響。以前述例子而言，啟動(dòng)瞬間需要較大的啟動(dòng)電流(IP)，因此開(kāi)關(guān)導通時(shí)間會(huì )隨著(zhù)負載不斷增加，使得峰值電流變化(DIP)也隨之上升，此時(shí)，磁通量密度可能會(huì )因為過(guò)大的峰值電流變化而超過(guò)其承載上限值(BMAX)，造成變壓器飽和產(chǎn)生短路線(xiàn)現象，導致一次側峰值電流急速增加而毀損周邊原件，如圖1所示。
一次側峰值電流變化量
VI 輸入電壓
DON 開(kāi)關(guān)導通時(shí)間
L 一次側電感感量
FSW 關(guān)關(guān)切換頻率
圖1、變壓器飽和現象
由公式(1)中可得知，峰值電流變化和開(kāi)關(guān)切換頻率呈反比關(guān)系，如公式(2)所示。若將開(kāi)關(guān)切換頻率隨負載增加而提升(圖2)，能夠有效抑制峰值電流的變化量，不僅可提供瞬間高瓦特數輸出，提升瞬間的啟動(dòng)能力，更能降低變壓器在啟動(dòng)瞬間的磁通，縮小元件尺寸并降低成本。
圖2. 依據負載調整開(kāi)關(guān)切換頻率
目前市面上PWM IC并無(wú)專(zhuān)門(mén)針對此應用的解決方案，若要滿(mǎn)足上述需求皆需要增加周邊應用電路。因此，以下特別使用一款符合這樣需求的產(chǎn)品--LD7533來(lái)做說(shuō)明。
LD7533為一電流模式控制IC，整合了過(guò)電壓保護(OVP)、過(guò)溫保護(OTP)及過(guò)載保護(OLP)等保護功能，同時(shí)也具備了可調式軟啟動(dòng)(Soft Start)、電壓過(guò)低鎖定(UVLO)、內建輸出PWM頻率跳動(dòng)及前緣突波遮蔽(LEB)等功能。另外，LD7533擁有低啟動(dòng)電流(18μA)及輕載運作時(shí)極低的操作電流(1mA)，如此較傳統電流模式控制設計能達到更精簡(jiǎn)及節能要求。
以18W(12V/1.5A)應用為例，當Peak POWER需求達到36W(12V/3A)時(shí)，LD7533將原有PWM頻率由62KHz提升至180KHz，避免變壓器產(chǎn)生飽和現象，不僅可以滿(mǎn)足瞬間較高瓦特數需求，更能有效降低最大磁通量密度(BMAX)達21%，如下圖3所示。
圖3、LD7533與一般PWM IC比較
這一款LD7533另外提供了軟啟動(dòng)時(shí)間及過(guò)載保護延遲時(shí)間調整的功能，可滿(mǎn)足各種不同產(chǎn)品的應用需求。
如圖4所示，透過(guò)調整CT 腳位上的電容，可調整下列參數：
軟啟動(dòng)時(shí)間(Soft-Start time)：有效降低MOSFET上尖波電壓(Spike)大小。
過(guò)載保護延遲時(shí)間(OLP delay time)：以滿(mǎn)足各種不同的Peak POWER時(shí)間需求，同時(shí)兼顧系統應用的安全性。
圖4、軟啟動(dòng)時(shí)間及過(guò)載保護延遲時(shí)間調整
應用實(shí)例
若使用傳統PWM IC來(lái)實(shí)現上述功能，往往需要增加許多周邊電路，不僅增加設計時(shí)間與材料成本，電路可靠度也是一大問(wèn)題。如圖5所示(點(diǎn)擊放大)，LD7533成功了整合應用所需電路，提供了極精簡(jiǎn)化設計的解決方案，讓工程人員能更快速的完成產(chǎn)品設計。
圖5、LD7533高功率輸出解決方案與傳統應用差異比較
結論
利用LD7533瞬間高功率輸出解決方案，實(shí)驗結果達成瞬間高功率輸出并降低變壓器設計成本，在應用需求與設計成本之間取得最好的平衡點(diǎn)。另外，若調整它的的軟啟動(dòng)時(shí)間及過(guò)載保護延遲時(shí)間，即可滿(mǎn)足各種不同產(chǎn)品的應用需求，大幅縮短專(zhuān)案開(kāi)發(fā)所需時(shí)程。
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