基于柵極驅動、運放的家用空調電源解決方案

必易微作為高性能模擬及數(shù)模混合芯片供應商，提供一站式整體解決方案。本次帶來家用空調電源解決方案，炎夏將至，提醒大家降溫防暑。

空調也叫“熱泵”，顧名思義就是泵送熱量，空調制冷制熱的工作原理就是以制冷劑為載體將熱量來回搬運。制冷時，制冷劑從室內吸收熱量搬運到室外，使室內溫度降低；制熱時，制冷劑從室外吸收熱量搬運到室內，使室內溫度升高。通俗一點來講，空調只是熱量的搬運工。壓縮機、膨脹閥、冷凝器、蒸發(fā)器、風機等是空調搬運熱量的核心組件，需要復雜、可靠的電源系統(tǒng)做支撐。

圖 1. 家用空調內機應用框圖

圖 2. 家用空調外機應用框圖

以上兩張圖展示了家用空調內機和外機的系統(tǒng)框圖。其中，必易微提供的 AC-DC 轉換、DC-DC 轉換、柵極驅動、運放解決方案，可以幫助打造強健的空調電源系統(tǒng)。

AC-DC 方案?

方案 1

反激方案

KP3667X 是集成 700V 高壓 MOS 的 SSR 功率開關管系列產(chǎn)品，包含 KP36673、KP36674 和 KP36675。它內置 700V 高壓啟動 JFET，可以省去啟動電阻，降低啟機延遲和待機功耗；內部具有高精度 132kHz 開關頻率振蕩器，且?guī)в卸额l功能以優(yōu)化 EMI；集成完備的保護功能。

KP3637X 是集成 700V 高壓 MOS、帶 Line OVP/BOP 功能的 SSR 功率開關管系列產(chǎn)品，包含 KP36373 和 KP36374。Line OVP/BOP 功能使電源在輸入電壓異常時停機保護，從而增加了電源的可靠性；KP3637X 的 Line OVP/BOP 功能可以滿足 DC 輸入和 AC 輸入兩種配置方式。

方案 2

非隔離方案

KP32652 是一款固定 15V 輸出的非隔離功率開關管，支持 Buck 和 Buck-Boost 拓撲。KP32652 將反饋電阻集成，可以解決傳統(tǒng)反饋電阻外置方案容易受干擾導致輸出不穩(wěn)定的問題。

表 1. AC-DC 方案選型表

DC-DC 方案?

空調電路板空間非常緊湊，強電和弱電交叉布局，從而對 DC-DC 的功能有著特殊的需求，KP522302E? 是專門為白電應用打造的第三代解決方案：

優(yōu)勢 1

優(yōu)秀的 EMC 表現(xiàn)

固定 500kHz 工作頻率，兼顧效率，EMC 和 Bom 成本。

特別調制的 MOS 開啟壓擺率和關閉壓擺率，極大降低 DC-DC 的輻射能量。

增加抖頻功能，工作頻率從 94%Fsw 到 106%Fsw 之間來回平滑變化，從而降低倍數(shù)工作頻率點的電場和漏磁峰值輻射能量。白電應用對成本比較敏感，所以客戶一般會選擇性價比高的工字型非屏蔽電感或者普通的片式非屏蔽電感，由于空調內部空間的限制，從而導致 DC-DC 的電感距離 220VAC 強電的線束較近，這樣導致 DC-DC 的電場輻射和電感的漏磁輻射會直接耦合到 220VAC 電源線上，從而在 DC-DC 倍數(shù)工作頻率點傳導不能滿足測試要求。抖頻功能可以有效解決這個問題，通過示波器 FFT 分析可以明顯看到效果，如一倍頻點峰值能量降低了 52%，三倍頻點降低了 55%。

圖?3.?FFT 測試對比

優(yōu)勢 2

超強抗干擾能力

峰值電流模式控制方式，抗干擾能力強，超快的輸入電壓調整率，非常容易通過浪涌及脈沖群測試。

由于空調壓縮機功率很大，壓縮機的啟停都很容易導致 DC-DC 的輸入有高頻浪涌或者過沖電壓信號，KP522302E 良好電壓調整率保證了精準的輸出電壓控制，同時也提高了系統(tǒng)可靠性。

圖 4. 2A load，12VIN——>15VIN，SR = 50V/ms

圖 5.?2A load，15VIN——>12VIN，SR = 50V/ms

優(yōu)勢 3

VIN UVLO 功能

空調里面 DC-DC 一般都是用作 12V 轉 5V 的應用，而 DC-DC 的最低工作電壓一般都能支持到 4.5V 左右，KP522302E 的 EN 管腿內置帶遲滯功能 500mV 的基準，可以通過外置分壓電阻實現(xiàn) VIN 上升閾值和下降閾值的設定，避免緩慢上電或掉電導致的系統(tǒng)鎖死、復位或者屏閃等問題。

圖 6.?VIN UVLO 閾值設置

優(yōu)勢 4

全套兼容方案

SOT23-6 封裝，非常友好支持單面 PCB，提供 17V 中壓，30V 和 36V 高壓全套兼容解決方案。

優(yōu)勢 5

高轉換效率

內置 72mΩ?的上 MOS 和 35mΩ?的下 MOS，12V 轉 5V 峰值效率可達 94%。另外提供 PFM 和 FPWM 兩種模式芯片，PFM 版本在 10mA 時效率可達 90%，可以進一步助力空調提高能效。

圖 7.?KP522302E 效率曲線

(VOUT = 5V, L1 = 8.2μH, DCR = 60mΩ)

表 2. DC-DC 方案選型表

柵極驅動方案?

方案 1

柵極驅動器

KP8563X 是一款 650V 耐壓，拉電流/灌電流分別為 200mA/350mA 的三相半橋柵極驅動器，專用于驅動 MOSFET 和 IGBT 而設計。開關節(jié)點負壓可達 -7V 以上和至少 50V/ns 電壓變化率，系統(tǒng)抗干擾能力強。芯片同時集成了欠壓閉鎖、具有自動故障清除功能的過流保護、故障指示以及使能功能。欠壓閉鎖保護功能，防止功率管在過低的電壓下工作。過流保護閾值可通過外部電阻調節(jié)，系統(tǒng)外圍電路簡單。漏極開路的故障輸出信號可在發(fā)生過流或欠壓關斷時提供指示信號。集成使能功能，可控制芯片工作與否。

KP8530X 是一款 650V 耐壓，集成自舉二極管的半橋柵極驅動器，具有 0.3A 拉電流和 0.6A 灌電流能力，專用于驅動功率 MOSFETs 或 IGBTs。KP8530X 具有良好的電流輸出及出色的抗瞬態(tài)干擾能力，在輸入邏輯引腳 -5V，開關節(jié)點 VS -7V 情況下可保證系統(tǒng)正常工作。可支持至少 50V/ns 的 dv/dt 變化。同時具有完善保護功能，包括：輸入浮空或輸入脈沖寬度不足時，輸出保持低電平。內置互鎖和死區(qū)保護功能，可防止高低側驅動同時打開，同時芯片具有高側和低側 UVLO 保護。

表 3. 柵極驅動器選型表

方案 2

低側柵極驅動器

KP85751 是一款 25V 耐壓, 2 通道，5A 電流驅動能力的低側柵極驅動芯片，高達 5A 的灌和吸電流能力可加快功率器件開關速度，降低開關損耗，提高系統(tǒng)效率。同時該芯片支持 25V 電源電壓，提高了系統(tǒng)的魯棒性，良好的通道傳播延遲和匹配為嚴格的工業(yè)和大家電應用提供了高可靠性設計。