基于VIPer22A的空調開關電源設計

　　目前，新型空調機采用兩個主低壓輸出給內部電子設備供電。這兩個主輸出的低壓分別是+12V和+5V。低輸出電壓是由一個內部開關電源產生。這個開關電源需要以下多個重要特性∶效率高，重量輕，尺寸小，待機功耗低等。

??? 設計人員利用VIPerX2系列產品可以開發出一個含有所有這些重要功能的電源，因此，該系列產品是開發空調應用的最理想的解決方案, 特別是本文介紹的電路板是為改進圖1所示的特性而專門開發的，表1列舉了空調開關電源的技術規格。

　　表1∶電氣規格

　　圖1: 電路板布局

　　1. VIPERX2A描述

　　VIPerX2A 是一個單封裝的產品，在同一顆芯片上整合了一個專用電流式PWM控制器和一個高壓功率場效應MOS晶體管。這種方法可以減少組件數量，降低系統成本，簡化電路板設計。因此，這個產品家族廣泛用于離線開關式電源。此外，該系列產品還采用微型的SMD封裝(SO-8)。VIPer系列的待機功耗(小于1W)符合藍天使和能源之星等節能標準。

　　1.1 一般特性

　　VIPerx2A產品采用ST的VIPower M0-3高壓專利技術，M0-3高壓技術利用一個P型掩埋層的方法，允許在同一顆芯片上集成低壓系統(PWM)和電流垂直流動的功率級，如圖2所示。 VIPerX2A產品有以下一般特性∶自動熱關斷;高壓啟動電流源;防止輸出短路導致擊穿故障的打嗝(HICCUP)模式;保證低負載條件下低功耗的突發模式。

　　而且，VIPower M0-3技術還可用于開發最小擊穿電壓為730V的功率場效應MOS晶體管。表2說明了該產品在不同的封裝和工作條件下的功率處理能力。

　　圖2:MO-3技術示意圖

　　表2∶在不同的封裝和工作條件下的功率處理能力

　　1.2 結構框圖

　　通過仔細觀察圖3的示意圖，我們不難看出功率級是由含有一個快速比較器的電流式結構驅動的，驅動電流來自NMO Ssense和feed-back(FB)兩個引腳。比較器輸出連接到消隱時間模塊，以確保導通時間最短。只需一個外部振蕩器，即可將開關頻率固定在 60kHz，從而不再需要其它的外部組件。其它的內部模塊是內部電源穩壓器和過熱檢測器，前者在VDD引腳上能夠支持45V，後者在170°C(典型值)時提供熱關斷功能。該產品的系統控制是一個電流模式結構，在這個結構中，N-MOS感應電流和FB電流匯合在電阻器R2上。電阻R2上的電壓取決于這個電流值的大小，然後，這個電壓值與一個內部固定的參考電壓(0.23V)比較。比較器的輸出用于驅動場效應MOS晶體管，因此，開關頻率取決于反饋電流和 Id電流值的大小。在這個應用中，反饋回路的實現方法是通過一個光耦合器利用輸出電壓驅動這個FB引腳，以保證輸入出輸出之間的絕緣。監視VDD電壓的是一個磁滯比較器，它能夠管理啟動電流生成器。事實上，只要VDD電壓值大于VDDON的電壓值，比較器就會導通，并給VDD電容器充電。一旦達到這個條件，功率場效應MOS晶體管就立即開始開關操作。突發模式工作原理是跳過相同的開關周期，以便在負載減弱時降低功耗。

　　2. 空調應用

　　2.1 示意圖

　　圖4給出了本文討論的空調機使用的VIPer22電源的示意圖。這個電源設計有兩個輸出電壓，分別是12V和5V。最大功率處理能力是10W，輸出電壓 12V。第一個輸出的峰值電流是900mA。然而，第二個輸出(5V)的實現方法是在第一個輸出上串聯一個線性穩壓器(7805)和一個分配電壓降的齊納二極管D9。這個解決方案讓5V輸出電壓具有很高的精確度，因此該方案特別適合給微控制器或/ 和邏輯電路、LCD和蜂鳴器供電。第二輸出的峰值電流為400mA。如圖4所示，該解決方案的二次側反饋是一個隔離式的逆向拓撲結構。控制回路通過一個光耦合器(TL431)實現的，這個光耦合器含有一個高穩定性的參考電壓管，以檢查12V輸出電壓，確保輸入和輸出完全絕緣。一個Transil緩沖電路 (D6-D7)可以有效地防護反射電壓和漏電感產生的峰值電壓。

　　圖4: 空調開關電源示意圖

　　2.2 測試結果

　　這個應用的主要目標是確保兩個輸出的電壓都非常精確。第一個輸出(12V)的電壓精確度很高是因為它位于二次穩壓反饋內，而第二個輸出(5V)的電壓精度很高是因為這條線路采用一個標準的線性穩壓器。這個空調器應用是為寬壓市電(85-265VAC)而開發的。如圖5所示，待機功耗總是低于1W，符合能源之星的待機功耗標準的規定。圖6所示是在5V輸出無負載條件下測量到的能效值。