近年來(lái)，在工業(yè)及家電市場(chǎng)上產(chǎn)生了以降低變壓器尺寸和成本為目標(biāo)，從線性電源向開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。因?yàn)閲?guó)際標(biāo)準(zhǔn)、推薦規(guī)范和市場(chǎng)的原因，效能高的解決方案成為各廠商的首選甚至成為強(qiáng)制性的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果產(chǎn)生從50/60hz變壓器和線性調(diào)節(jié)器向高頻電力變流器過(guò)渡。此外，成本優(yōu)化的新設(shè)計(jì)引發(fā)了廠商對(duì)適用于全球應(yīng)用的開(kāi)發(fā)構(gòu)想，使他們開(kāi)始思考寬范圍的輸入電壓。由于開(kāi)關(guān)電源方案是基于對(duì)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間的調(diào)節(jié)方法，因此，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)為廠商實(shí)現(xiàn)自己的構(gòu)想提供了可能性。

    智能電源ic的控制器和功率器件完全集成在單芯片內(nèi)，而且不必考慮功率器件驅(qū)動(dòng)及有關(guān)電源核心部分的布局問(wèn)題，因此，智能功率技術(shù)進(jìn)一步簡(jiǎn)化了這種電源的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程。由意法半導(dǎo)體公司開(kāi)發(fā)的viper12a就是一款低成本的單片智能電源ic，其組件包括一個(gè)60khz的集成脈寬調(diào)制控制器和一個(gè)擊穿電壓為730v的高壓功率mosfet。本文主要分析了幾個(gè)采用電源ic的非隔離拓?fù)洌鐦?biāo)準(zhǔn)降壓、降壓/升壓配置、一個(gè)雙輸出拓?fù)浜鸵环N帶雙重互補(bǔ)性輸出的創(chuàng)新拓?fù)�。本文還列舉了一些設(shè)計(jì)建議及應(yīng)用實(shí)例，同時(shí)還介紹了智能電源ic的特性，如啟動(dòng)功能、過(guò)熱和過(guò)流集成保護(hù)及反饋電路等，以及它們?nèi)绾魏?jiǎn)化小型電源。

    脫機(jī)低功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)概述

    通過(guò)調(diào)整電源開(kāi)關(guān)的工作比，脫機(jī)非隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無(wú)需任何隔離變壓器就可把交流電源轉(zhuǎn)變成一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓。如圖1所示，兩個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分別用于產(chǎn)生正電壓和負(fù)電壓，都使用一個(gè)電感器儲(chǔ)存能量，在電源開(kāi)關(guān)接通時(shí)充電。電感電流波形決定變換器的工作模式，如“連續(xù)模式”或“非連續(xù)模式”。在連續(xù)模式中，電感電流從來(lái)不歸零，而在非連續(xù)式中，在規(guī)定的時(shí)間電感電流是零。

    在連續(xù)模式中，利用開(kāi)關(guān)的工作比d通過(guò)電子方式對(duì)電壓進(jìn)行控制，兩個(gè)變換器工作方式就像一個(gè)變壓器。根據(jù)公式1和2，工作比d由導(dǎo)通時(shí)間ton和開(kāi)關(guān)時(shí)間ts的比來(lái)決定。

    公式1 降壓變換器

    公式2 降壓/升壓變換器

    當(dāng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)，輸出電感器上(v1-v0)上出現(xiàn)一個(gè)恒壓，使電感器上的電流按照公式(3)計(jì)算出的速率di/dt線性上升。

    公式3

    當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，電感器上的電壓極性相反，并設(shè)法維持電流與關(guān)斷前相同。二極管導(dǎo)通，并鉗制電感器電壓至理想的零狀態(tài)。l上電壓是v0，其電流以公式4給出的速率下降。

    公式4

    一旦開(kāi)關(guān)再次接通時(shí)，l上的電流從d轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)s，向二極管施加反饋偏壓。電感器l上的電流包括當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)二極管上的開(kāi)關(guān)電流。電感電流圍繞直流電流值i0以l值決定的波動(dòng)系數(shù)上下波動(dòng)。

    由于采用基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此使用低成本器件就可以實(shí)現(xiàn)雙輸出變換器，如圖2所示。這些拓?fù)涮貏e適用于降壓變換器，但也適用于降壓-升壓變換器。如圖2a所示，在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，輸出電感器的兩個(gè)線圈以回掃方式耦合并且匝數(shù)n適當(dāng)。第二種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種創(chuàng)新的配置，適用于供給雙重互補(bǔ)性輸出。由于使用標(biāo)準(zhǔn)單線圈電感器，該配置的主要優(yōu)點(diǎn)是降低了成本。在電感電流處于續(xù)流狀態(tài)時(shí)，給電容器充電可以產(chǎn)生第二個(gè)互補(bǔ)性輸出。借助一個(gè)參數(shù)恰當(dāng)?shù)凝R納二極管可以調(diào)節(jié)電容器上的電壓。

    在圖3所示的標(biāo)準(zhǔn)降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)1的電壓由二極管d鉗制，使電感電流可以繼續(xù)流動(dòng)。在這個(gè)解決方案中，齊納二極管dz鉗制節(jié)點(diǎn)1的電壓至(vd +vz)，其中vd是二極管上的壓降，vz是齊納二極管的電壓。如果電容跨接齊納二極管和地線，則會(huì)生成一個(gè)負(fù)電壓源。根據(jù)工作原理，第二個(gè)輸出供給的電流不會(huì)超過(guò)第一個(gè)。開(kāi)關(guān)周期基本上可以分為兩個(gè)時(shí)間段，如圖3所示。對(duì)于不連續(xù)導(dǎo)通模式(dcm)，在開(kāi)關(guān)s接通期ton，輸入直流總線與輸出相連，對(duì)負(fù)載供電(見(jiàn)圖3a)。一旦開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電感電流繼續(xù)流經(jīng)二極管d1，直到電流值為0而且輸出電容c1給這個(gè)負(fù)載饋電為止。

    齊納二極管出現(xiàn)在續(xù)流通道上不會(huì)影響變換器的基本工作，但是會(huì)降低效率，圖4中示意了齊納二極管的作用原理。如果輸出out2沒(méi)有負(fù)載，續(xù)流電流會(huì)經(jīng)過(guò)二極管d1和d z。

    隨著從o