對(duì)能源效率的需求現(xiàn)在正在影響自動(dòng)化的所有領(lǐng)域。這包括家庭中的白色家電，它們是在家庭自動(dòng)化與今天具有完全不同的含義的時(shí)候構(gòu)思出來(lái)的。幾十年前，當(dāng)我們開(kāi)始依賴(lài)這些設(shè)備時(shí)，能源的財(cái)務(wù)和環(huán)境成本比消費(fèi)者的便利性更重要，但這種不平衡最近發(fā)生了變化，現(xiàn)在正在得到解決。

盡管盡了最大努力，但許多家用白色家電因其功能性而始終需要大量能源，其中包括加熱水或空氣（水壺、烤箱、淋浴、洗衣機(jī)）、冷卻空氣或其他流體（冰箱）、對(duì)流的組合（用于烤面包機(jī)和烤箱）或一般運(yùn)動(dòng)（洗衣機(jī)/干衣機(jī)和真空吸塵器中的電動(dòng)機(jī)）。在消費(fèi)環(huán)境中，這些設(shè)備需要大約 kW 的能量，并且代表了房主的最大電力成本。

除此之外，越來(lái)越多的消費(fèi)設(shè)備正在提供越來(lái)越復(fù)雜的控制功能或用戶(hù)界面。這些本質(zhì)上是低功耗應(yīng)用，例如傳感器、顯示器和觸敏面板。使用設(shè)計(jì)用于提供高水平電流的相同電源為這些輔助功能供電在本質(zhì)上是低效的，特別是如果它們是在不使用主要功率密集型功能時(shí)需要可用的功能。這引起了對(duì)輔助離線(xiàn)電源的需求，這些電源可以從交流電源提供相對(duì)較低的低于 40W（通常）的直流電源。

這里的一個(gè)主要目標(biāo)是在待機(jī)期間提供盡可能高效的電力。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要以最具成本、空間和能源效率的方式實(shí)施電源。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師還需要考慮白色家電的安全要求。就電源而言，這通常需要隔離解決方案，但在某些情況下，相關(guān)規(guī)范要求的電氣隔離級(jí)別可以通過(guò)物理設(shè)計(jì)來(lái)提供。因此，針對(duì)低功率輔助離線(xiàn)電源應(yīng)用領(lǐng)域的隔離式和非隔離式低功率 SMPS 解決方案的需求不斷增長(zhǎng)。?

完全集成的解決方案

更高集成度和更穩(wěn)健的半導(dǎo)體制造工藝的總體趨勢(shì)使設(shè)備制造商能夠開(kāi)發(fā)用于離線(xiàn)電源轉(zhuǎn)換的單芯片解決方案。通過(guò)將開(kāi)關(guān) MOSFET 和控制電路集成到單個(gè)設(shè)備中，現(xiàn)在可以更輕松地設(shè)計(jì)具有更高功率密度水平的開(kāi)關(guān)模式電源，以提供可部署在白色家電多個(gè)區(qū)域的輔助電源，并針對(duì)輔助功能所需的電量，例如提到的那些。

輔助電源所需的功率因應(yīng)用和功能而異，從小于 1W 到高達(dá) 70W。安森美半導(dǎo)體在為該應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)發(fā)解決方案方面有著悠久的歷史，擁有廣泛且不斷增長(zhǎng)的設(shè)備組合。

隨著對(duì)超低功率輔助電源需求的增加，安森美半導(dǎo)體最近推出了 NCP1067x 系列高壓開(kāi)關(guān)，該系列專(zhuān)為低功率離線(xiàn)開(kāi)關(guān)模式電源而開(kāi)發(fā)，可以是非隔離（圖 1）或隔離（圖 2) 按設(shè)計(jì)。它在 SOIC7 封裝中提供了一個(gè)完全集成的控制器和功率 MOSFET，使其非常小。

圖 1：典型的非隔離應(yīng)用（降壓轉(zhuǎn)換器）

圖 2：典型隔離應(yīng)用（反激式轉(zhuǎn)換器）

當(dāng) NCP1067x 在固定頻率模式下運(yùn)行時(shí)，它會(huì)在負(fù)載下降時(shí)自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)模式，以降低功耗，它使用跳周期操作。盡管該器件采用自供電設(shè)計(jì)，這意味著它不需要變壓器上的輔助繞組，但如果輔助繞組可用，則可用于啟用自動(dòng)恢復(fù)過(guò)壓保護(hù)功能。輸出短路保護(hù)的自動(dòng)恢復(fù)也是通過(guò)基于時(shí)間的檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

由于采用安森美半導(dǎo)體的超高壓技術(shù)，NCP1067x 具有集成的 700V 功率 MOSFET，R DS(on)低至 12Ω。在連接到 230V AC 的開(kāi)放式框架配置中，開(kāi)發(fā)人員可以實(shí)現(xiàn)能夠提供 15.5W 的電源。為了改善 EMI，NCP1067x 通過(guò)將 ±6% 的變化引入標(biāo)稱(chēng)開(kāi)關(guān)頻率來(lái)采用頻率抖動(dòng)。用于應(yīng)用抖動(dòng)的掃描鋸齒波形由設(shè)備內(nèi)部生成。在非隔離設(shè)計(jì)中，使用反饋引腳，將一小部分輸出電壓施加到集成跨導(dǎo)放大器。

對(duì)更高擊穿電壓的需求不斷上升

輔助電源設(shè)計(jì)的另一個(gè)關(guān)鍵趨勢(shì)是對(duì)功率 MOSFET 或 BV DS兩端的更高擊穿電壓的需求。一般來(lái)說(shuō)，這與晶體管的物理尺寸有關(guān)，這意味著更大的擊穿電壓需要更大的晶體管。在許多情況下，這將導(dǎo)致解決方案對(duì)于大多數(shù)目標(biāo)應(yīng)用來(lái)說(shuō)太大且太昂貴。

對(duì)于大多數(shù)具有集成 MOSFET 的 SMPS 開(kāi)關(guān)，所使用的技術(shù)是平面技術(shù)。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)尺寸和成本的限制，這導(dǎo)致了 BV DS為 700V 的設(shè)備。然而，更高的 BV DS將提供更好的保護(hù)以防止電源浪涌和電壓尖峰，從而產(chǎn)生更強(qiáng)大的最終產(chǎn)品。出于這個(gè)原因，為切換臺(tái)提供更高 BV DS 的背后有越來(lái)越大的動(dòng)力，這些 BV DS仍然可以提供低成本、小 BoM 解決方案。

對(duì)此，安森美半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)了一種開(kāi)關(guān)模塊，該模塊將 SMPS 控制器與使用其 SUPERFET ? 2 超級(jí)結(jié)技術(shù)構(gòu)建的功率 MOSFET 集成在一起，以創(chuàng)建一個(gè)模塊，該模塊可提供800V的 BV DS，但仍可采用塑料制造雙列直插式封裝。這一革命性的產(chǎn)品系列率先為制造商提供了可行的解決方案，以提高產(chǎn)品性能，同時(shí)仍滿(mǎn)足市場(chǎng)的商業(yè)需求。

FSL5x8 電流模式開(kāi)關(guān)系列采用 PDIP-7 封裝，包括一個(gè) PWM 控制器和 SUPERFET 2 功率 MOSFET。通常，要實(shí)現(xiàn) 800V 的擊穿電壓需要使用控制器和單獨(dú)的分立 MOSFET，但由于安森美半導(dǎo)體的 SUPERFET 2 技術(shù)，該公司能夠?qū)煞N器件集成到一個(gè)小型封裝中。

這使設(shè)計(jì)人員能夠使用可用于隔離（圖 3）和非隔離（圖 4）反激式設(shè)計(jì)的單個(gè)器件來(lái)解決低功率離線(xiàn)輔助電源設(shè)計(jì)的高端問(wèn)題，大約 40W。

圖 3：隔離式光耦合器反饋（使能線(xiàn)路檢測(cè)）

圖 4：非隔離直接反饋（禁用線(xiàn)路檢測(cè)）

在 NCP1067x 和 FSL5x8 產(chǎn)品中添加用作比較器的跨導(dǎo)放大器，使設(shè)計(jì)人員可以更輕松地開(kāi)發(fā)非隔離反激式電源，從而優(yōu)化可用的電路板空間并最小化 BoM。

由于絕大多數(shù)低功耗離線(xiàn) PSU 都在反激模式下運(yùn)行，因此安森美半導(dǎo)體電源解決方案組合中的這兩款新增產(chǎn)品通過(guò)更高的集成度帶來(lái)了更高的性能和可靠性，從而帶來(lái)更高的功率密度和更低的 BoM成本。

雖然所有非隔離式 PSU 設(shè)計(jì)在其可提供的功率量方面都受到限制，但此處概述的發(fā)展表明，可以設(shè)計(jì)出一款針對(duì)低功率離線(xiàn) PSU 應(yīng)用領(lǐng)域的低端和高端應(yīng)用的切換器，用于輔助 PSU。由于非隔離反激式轉(zhuǎn)換器通常比隔離變體更高效，因此運(yùn)營(yíng)成本也將實(shí)現(xiàn)。

使用輔助離線(xiàn) PSU 的主要目的是減少最終產(chǎn)品使用的待機(jī)電流。通過(guò)選擇針對(duì)應(yīng)用優(yōu)化的高度集成器件，開(kāi)發(fā)人員現(xiàn)在可以以更低的電路板空間和最低的 BoM 成本實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

審核編輯：劉清