盡管制造商盡了最大努力，但許多白色家電仍舊常常需要大量能源才能實(shí)現自身功能，包括加熱水或空氣（電燒水壺、烤箱、淋浴器、洗衣機）、冷卻空氣或其他流體（冰箱）、對流加熱（烤面包機和烤箱）或一般運動(dòng)（洗衣機/烘干機和吸塵器的電動(dòng)機）。在消費環(huán)境下，這些設備的能耗都差不多以kW計算，是業(yè)主最大的電力成本來(lái)源。

 

除此之外，越來(lái)越多的消費類(lèi)設備采用越來(lái)越復雜的控制功能或用戶(hù)界面。這些輔助功能本質(zhì)上都是低功率應用，如傳感器、顯示屏和觸控面板。從實(shí)質(zhì)上講，使用旨在提供高電流的電源來(lái)為這些輔助功能供電會(huì )使效率變得很低，尤其是當這些功能需要在未使用主要功率密集型功能的情況下工作時(shí)。這就提高了對輔助離線(xiàn)電源裝置的需求，這種裝置可以通過(guò)交流電源提供功率相對較低、不到40W（典型值）的直流電源。

 

這樣做的主要目標就是在待機期間也可以盡可能高效地提供電源。為實(shí)現這一目標，需要以最具成本、空間和能效優(yōu)勢的方式實(shí)現電源功能。

 

產(chǎn)品設計工程師還需要考慮白色家電的安全要求。就電源而言，這通常要求采用隔離式解決方案，但在某些情況下，相關(guān)規范要求的電氣隔離水平可通過(guò)物理設計來(lái)實(shí)現。正因如此，市場(chǎng)對面向低功耗輔助離線(xiàn)電源應用空間的低功耗SMPS解決方案（隔離式和非隔離式）的需求不斷增長(cháng)。

 

完全集成的解決方案

 

隨著(zhù)半導體制造工藝向更高集成度和更穩健方向發(fā)展，這一總趨勢使得器件制造商能夠開(kāi)發(fā)出單芯片解決方案來(lái)實(shí)現離線(xiàn)功率轉換。通過(guò)將開(kāi)關(guān)型MOSFET和控制電路集成至單個(gè)器件中，現在可以更加輕松地設計具有更高功率密度的開(kāi)關(guān)型電源，從而提供出色的輔助電源，這類(lèi)輔助電源不僅可以部署在白色家電的多個(gè)區域，而且還針對上文所述輔助功能所需的功率進(jìn)行了優(yōu)化。

 

根據具體的應用和功能，輔助電源所需提供的功率會(huì )有所不同，從不到1W到高達70W不等。安森美半導體在開(kāi)發(fā)該應用領(lǐng)域的解決方案方面有著(zhù)悠久的歷史，并擁有廣泛且不斷增長(cháng)的器件產(chǎn)品組合。

 

隨著(zhù)超低功耗輔助電源需求的增長(cháng)，安森美半導體最近推出了NCP1067x系列高壓開(kāi)關(guān)。該系列開(kāi)關(guān)專(zhuān)為采用非隔離式（圖 1）或隔離式（圖 2）設計的低功耗離線(xiàn)開(kāi)關(guān)型電源而開(kāi)發(fā)。它將控制器和功率MOSFET完全集成在一個(gè)SOIC7封裝中，尺寸非常小巧。

 

 

雖然NCP1067x采用固定頻率模式工作，但在負載下降時(shí)會(huì )自動(dòng)切換至待機模式，以降低功耗，即采用空載間歇模式。盡管該器件采用自供電設計，即變壓器上無(wú)需輔助繞組，但如果包含輔助繞組，則可用于實(shí)現自動(dòng)恢復過(guò)壓保護功能。此外，還可以通過(guò)基于時(shí)間的檢測功能實(shí)現輸出短路自動(dòng)恢復保護。

 

由于采用了安森美半導體的超高壓技術(shù)，NCP1067x還搭載了一個(gè)RDS(on)低至12Ω的集成式700V功率MOSFET。在連接至230V交流電源的開(kāi)放式框架配置中，開(kāi)發(fā)人員可以實(shí)現能夠提供15.5W的電源。為提高EMI，NCP1067x采用了頻率抖動(dòng)設計，即通過(guò)在標稱(chēng)開(kāi)關(guān)頻率上增加一個(gè)±6%的變量。用于應用抖動(dòng)的掃描鋸齒波形由器件內部生成。非隔離式設計采用了一個(gè)反饋引腳，該引腳將小部分的輸出電壓施加于集成式跨導放大器。

 

對更高擊穿電壓的需求不斷增加

 

輔助電源設計的另一個(gè)關(guān)鍵趨勢就是要求功率MOSFET上具有更高的擊穿電壓（即BVDS）。通常，這與晶體管的物理尺寸有關(guān)，也就是說(shuō)擊穿電壓越大，所需的晶體管就越大。在許多情況下，這會(huì )導致解決方案尺寸過(guò)大和過(guò)于昂貴，不適合大多數目標應用。

 

大多數集成MOSFET的SMPS開(kāi)關(guān)均采用平面工藝。為滿(mǎn)足市場(chǎng)對尺寸和成本的限制要求，出現了具有700V BVDS的器件。不過(guò)，BVDS越高，提供的電源浪涌和峰值電壓保護能力就越大，因此終端產(chǎn)品就越穩健。為此，越來(lái)越多的公司推出具有更高BVDS但仍能提供低成本、小型BoM解決方案的開(kāi)關(guān)。

 

為此，安森美半導體開(kāi)發(fā)了一款開(kāi)關(guān)模塊，該模塊集成了SMPS控制器和采用自身SUPERFET® 2超級結技術(shù)構建的功率MOSFET，以便打造出能夠提供800V BVDS、同時(shí)又仍可采用雙列直插式塑料封裝的模塊。這一革新產(chǎn)品系列首次為制造商提供了一種既可提高產(chǎn)品性能又能滿(mǎn)足市場(chǎng)商業(yè)需求的可行解決方案。

 

FSL5x8電流型開(kāi)關(guān)系列采用PDIP-7封裝，并包含PWM控制器和SUPERFET 2功率MOSFET。通常，實(shí)現800V擊穿電壓需要使用控制器和單獨的分立式MOSFET。然而，安森美半導體的SUPERFET 2技術(shù)成功將這兩個(gè)器件集成至一個(gè)小型封裝中。

 

這樣，設計人員只需使用一個(gè)適用于隔離式（圖 3）和非隔離式（圖 4）反激設計的器件，就可以解決大約40W的高端低功耗離線(xiàn)輔助電源設計問(wèn)題。

 

 

在NCP1067x和FSL5x8產(chǎn)品中，跨導放大器用作比較器，使設計人員能夠更輕松地開(kāi)發(fā)非隔離式反激電源，從而優(yōu)化可用的電路板空間，并最大程度地降低BoM。

 

當絕大多數低功耗離線(xiàn)PSU在反激模式下運行的情況下，安森美半導體的電源解決方案組合中新增了這兩款產(chǎn)品，帶來(lái)了新的益處，通過(guò)更高的集成度，實(shí)現更高的性能和可靠性，從而提高功率密度，降低BoM成本。

 

雖然所有非隔離式PSU設計都只能提供有限的供電功率，但本文概述的發(fā)展表明，可以為輔助PSU設計出一種適用于低端和高端低功耗離線(xiàn)PSU應用的開(kāi)關(guān)。由于非隔離式反激轉換器通常比隔離式轉換器更加高效，所以也可以實(shí)現操作成本。

 

使用輔助離線(xiàn)PSU的主要目的就是為了減少終端產(chǎn)品消耗的待機電流。通過(guò)選用針對應用優(yōu)化的高度集成器件，開(kāi)發(fā)人員如今能夠以更小的電路板空間和最低的BoM成本實(shí)現這一目標。

 

 

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