單片開關電源新技術概述

單片開關電源自20世紀90年代中期問世以來便顯示出強大的生命力，它作為一項頗具發展前景和影響力的新產品，引起了國內外電源界的普遍關注。單片開關電源具有高集成度、高性價比、最簡外圍電路、最佳性能指標等特點，現已成為開發中、小功率開關電源、精密開關電源及開關電源模塊的優選集成電路。目前，單片開關電源正朝著短、小、輕、薄、節能、安全的方向發展。本文解析國際上單片開關電源范疇的幾項新技術。

綠色節能型單片開關電源

目前，國外許多著名的IC廠家都在大力開發低功耗、節能型單片開關電源集成電路，philips的TEA1520系列即是一例。該公司還研制成功TEA1510系列以及TEA1501、TEA1504、TEA1566等型號的新產品。由于上述產品采用了先進的節能技術和制作工藝，因此被譽為綠色芯片(GreenChip)，統稱為STARplug產品。TEA1520系列適用于電池充電器、電源適配器，或機頂盒、DVD、CD、CVCR(攝錄像機)、電視／監視器的備用電源，并可作為pC機外部設備、便攜式電子裝置及家用電器中微控制器(MCU)的電源。此外，它還被使用到通信、網絡等范疇。

該系列產品采用philips公司專有的高壓EZ-HV和低壓Bi-CMOS集成工藝，適合設計50W以下的小功率、小型化、低成本開關電源。這類開關電源可以做得很小，因其體積與插頭式電源適配器相仿，故被稱作STARplug，在英文中即星形插頭之意。其綠色節能特性突出表今朝以下幾個方面：在空載時的待機功耗極低，小于100mW；內部設計了一個谷值開關(ValleySwitching)電路，能把功率開關管導通時由漏極分布電容萌生的開關損耗降至最低；在低功耗輸出時能自動降低開關頻率，使芯片工作在低頻模式下，從而減小了芯片功耗。

下面解析谷值開關的工作原理。

高頻變壓器一次繞組上的分布電容，反映到MOSFET的漏極引腳上，即為漏極分布電容CD。由CD和一次繞組電感Lp構成的LC諧振電路會形成振鈴電壓(ringingvoltage)。振鈴電壓屬于衰減振蕩的干擾電壓，其振蕩頻率由下式確定：

fringing=(1)

顯然，在MOSFET導通期間，由振鈴頻率所造成的功率損耗為：

pON=CDUD2fringing(2)

為減小開關損耗，在芯片內部專門增加了谷值開關電路。谷值開關信號(UV)與漏極電壓、振鈴電壓的波形如圖1所示。振鈴電壓(Uringing)就重疊在漏極電壓波形上。每當振鈴電壓到達谷值時，谷值開關電路就萌生一個谷值開關信號(正脈沖)，令MOSFET截止，起到了降低開關損耗的作用。圖1中，U2為二次繞組的電壓，A點代表用谷值開關信號來啟動新的振蕩周期，B點代表按照傳統的pWM方式來啟動新的振蕩周期。

頻率抖動技術

pI的TInySwitch-II系列第二代加強型隔離式微型單片開關電源集成電路，適合制作23W以下的低成本微型化開關電源。該芯片采用了頻率抖動(FrequencyJittering)技術，以降低由開關頻率高次諧波所造成的電磁干擾。將開關頻率限制在很窄的波段內抖動，由于開關頻率是在132kHz附近不斷變化的，它與132kHz固定頻率的高次諧波干擾之間沒有相關性，因此利用頻率抖動信號能夠降低傳導噪聲。其開關頻率的抖動范圍是128kHz~136kHz，抖動量為±4kHz。頻率抖動波形如圖2所示。利用此功能可顯著減小噪聲干擾，并且噪聲諧波次數愈高，抑制作用愈分明。例如對5次諧波噪聲均勻值的衰減量可達10dB以上。

安森美NCp1200型單片開關電源也采用了頻率抖動技術。它與NCp1050系列、NCp1000系列一起，為辦公自動化設備、消費類及工業電子產品提供了一套簡單而經濟的電源系統設計方案。

跳過周期

pI的TOpSwitch－FX系列五端單片開關電源集成電路采用了跳過周期等項新技術。如果開關電源的負載非常輕，以至于開關電源在最小占空比(Dmin=1.5%)之下所提供的輸出功率，依然超過負載上的功耗，TOpSwitch-FX就采用跳過周期的工作方式進一步降低輸出功率，來提高輕載時電壓的穩定性。此方式可等效為先將占空比固定在1.5%(或更低值)上，然后用pFM方式調節輕載時的UO值。依據負載變化情況，開關電源能在正常工作和跳過周期方式二者之間自動轉換，而無須其他控制。如不需要跳過周期，可在電源輸出端接上最小負載RLmin，使D＞Dmin=1.5%。

采用跳過周期模式不僅能獲得極低的輸出功率，還能減小噪聲電壓。跳過周期前后的噪聲電壓幅度變化情況如圖3所示。

退磁電路

philipsTEA1520型單片開關電源除有過流保護、短路保護、輸入過壓保護和過熱保護功能之外，還增加了神奇的退磁保護電路，如圖4所示。NF代表高頻變壓器的反饋繞組。RAUX為輔助電阻，它能配合電路起到退磁作用。由VD1、VD2組成雙向限幅二極管，起過壓保護作用。對反激式開關電源而言，當MOSFET關斷時，反饋繞組的同名端呈正電壓，電流通過RAUX流入AUX端，再流到比較器Ⅰ的同相輸入端，只要同相端電壓高于100mV，就不會啟動一個新的振蕩周期。利用退磁電路可以測試高頻變壓器上的剩磁，僅當剩磁接近于零時，才準許TEA1520進入下一個振蕩周期。這樣即可避免出現磁飽和現象。

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