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瞬间高功率输出的精简化解决方案.PDF

瞬间高功率输出的精简化解决方案.PDF

上传者: qmd01 2011-06-25 评分1 评论0 下载7 收藏10 阅读量196 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《瞬间高功率输出的精简化解决方案pdf》,可适用于电子通讯领域,主题内容包含极精简节能的瞬间高功率输出解决方案作者:杨镇纶,通嘉科技股份有限公司手工具机、喷墨式印表机及硬碟机等马达性负载启动瞬间需要较高的启动电流因此,此类产符等。

极精简节能的瞬间高功率输出解决方案 作者: 杨镇纶, 通嘉科技股份有限公司 手工具机、喷墨式印表机及硬碟机等马达性负载启动瞬间需要较高的 启动电流,因此, 此类产品的电源供应器在启动瞬间要能提供较高的 功率(Peak power)输出,但平时工作状态时所需的功率却又远低于 启动瞬间所需功率。面对如此大范围变化的功率需求,若以启动瞬间 的条件来设计变压器,会造成平时工作状态的过度设计(Over design)而增加设计成本,因此,应用需求与设计成本之间的取舍往 往造成设计上的困难。为了对这些需求进行最佳化设计,以下我们将 针对需求特性及原理进行分析。 根据法拉第定律,返驰式转换器(Flyback converter)的能量转换公式 如式(1)所示,由以下公式中我们可以看出,一次侧的峰值电流变化 量受到输入电压(VI)、电感感量(L)、导通时间(DON)以其操作频率(FSW) 等参数影响。以前述例子而言,启动瞬间需要较大的启动电流(IP), 因此开关导通时间会随着负载不断增加,使得峰值电流变化(IP)也 随之上升,此时,磁通量密度可能会因为过大的峰值电流变化而超 过其承载上限值(BMAX),造成变压器饱和产生短路线现象,导致一次 侧峰值电流急速增加而毁损周边原件,如图 1所示。 FL DV I sw oni P = ……..公式(1) IP 一次侧峰值电流变化量 VI 输入电压 DON 开关导通时间 L 一次侧电感感量 FSW 关关切换频率 峰值电流快速增加 ΔIP 图 1、变压器饱和现象 由公式(1)中可得知,峰值电流变化和开关切换频率呈反比关系,如 公式(2)所示。若将开关切换频率随负载增加而提升(图 2),能够有效 抑制峰值电流的变化量,不仅可提供瞬间高瓦特数输出,提升瞬间 的启动能力,更能降低变压器在启动瞬间的磁通,缩小元件尺寸并 降低成本。 I F PSW ……..公式(2) Load (A) X Fsw (Hz) 2X 3X 图2. 依据负载调整开关切换频率 目前市面上 PWM IC并无专门针对此应用的解决方案,若要满足上 述需求皆需要增加周边应用电路。因此,以下特别使用一款符合这样 需求的产品--LD7533来做说明。 LD7533为一电流模式控制 IC,整合了过电压保护(OVP)、过温保护 (OTP)及过载保护(OLP)等保护功能,同时也具备了可调式软启动 (Soft Start)、电压过低锁定(UVLO)、内建输出 PWM频率跳动及前缘 突波遮蔽(LEB)等功能。另外,LD7533 拥有低启动电流(<18µA)及轻 载运作时极低的操作电流(<1mA),如此较传统电流模式控制设计能 达到更精简及节能要求。 以 18W(12V/1.5A)应用为例,当 Peak power需求达到 36W(12V/3A)时,LD7533将原有 PWM频率由 62KHz提升至 180KHz,避免变压器产生饱和现象,不仅可以满足瞬间较高瓦特数 需求,更能有效降低最大磁通量密度(BMAX)达 21%,如下图 3所示。 图 3、LD7533与一般 PWM IC比较 这一款 LD7533 另外提供了软启动时间及过载保护延迟时间调整的 功能,可满足各种不同产品的应用需求。 如图 4所示,透过调整CT 脚位上的电容,可调整下列参数: 软启动时间(Soft-Start time):有效降低MOSFET上尖波电 压(Spike)大小。 过载保护延迟时间(OLP delay time):以满足各种不同的 Peak power时间需求,同时兼顾系统应用的安全性。 一般PWM IC 62kHz 支援Peak power輸出的 LD7533 180kHz 90Vac-Io:3A Ip:1.41A B MAX : 5205 Gauss 90Vac-Io:3A Ip:1.14A B MAX : 4098 Gauss 減低 21% CT=0.047µ CT=0.1µ 软启动 9.4ms 18.8ms 启动时OLP 延迟时间 39ms 82.5ms OLP 延迟时间 33ms 70ms 图 4、软启动时间及过载保护延迟时间调整 应用实例 若使用传统 PWM IC来实现上述功能,往往需要增加许多周边电路, 不仅增加设计时间与材料成本,电路可靠度也是一大问题。如图 5所 示,LD7533成功了整合应用所需电路,提供了极精简化设计的解 决方案,让工程人员能更快速的完成产品设计。 图 5、LD7533高功率输出解决方案与传统应用差异比较 结论: 利用 LD7533瞬间高功率输出解决方案,实验结果达成瞬间高功率 输出并降低变压器设计成本,在应用需求与设计成本之间取得最好 的平衡点。另外,若调整它的的软启动时间及过载保护延迟时间,即 可满足各种不同产品的应用需求。 低启动电流(<18µA)及轻载运作时只消耗了非常低的操作电流 (<1mA), 这款产品和传统电流模式控制相较, 设计更精简、节能, 符合 Energy Star等各国相关节能规范要求。 由 LD7533提供的高可靠度周边应用线路整合解决方案来看,精简 化的电路能有效减少工程人员的设计时间及降低材料等设计成本, 大幅缩短专案开发所需时程。

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