微功率電源行業(yè)技術(shù)瓶頸與最優(yōu)解決方案

什么是微功率電源?微功率電源模塊主要應(yīng)用在工業(yè)儀器儀表，醫(yī)療儀器，通訊系統(tǒng)，工業(yè)自動(dòng)化以及數(shù)據(jù)通訊接口方面，各位工程師在電源選型中通常會(huì)盡可能的要求模塊的效率更高、容性負(fù)載更大、啟動(dòng)能力更強(qiáng)，但在傳統(tǒng)方案中，這些參數(shù)是相互制約無(wú)法都做到最佳，這是微功率電源行業(yè)技術(shù)瓶頸。那么存在最優(yōu)方案嗎?本文為你解答。

傳統(tǒng)的微功率電源模塊采用自激推挽拓?fù)涞碾娐罚黜?xiàng)性能之間的相互制約(如表 1所示：?jiǎn)?dòng)能力與容性負(fù)載能力相互加強(qiáng)作用，而與電源轉(zhuǎn)換效率是相互制約的，啟動(dòng)能力強(qiáng)則電源轉(zhuǎn)換效率低)，難以均衡、難以采用常規(guī)技術(shù)突破，導(dǎo)致成本高、性價(jià)比低;同時(shí)該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路是無(wú)異常工況保護(hù)功能，在電路出現(xiàn)異常工作狀態(tài)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電源模塊損壞，甚至導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，而且行業(yè)內(nèi)的微功率電源模塊有如下三道難題：

表 1 各性能相互制約表

難題一：輸出短路保護(hù)與輸出特性

市面上支持短路保護(hù)的電源主要采用兩種方案，但均存在較大的缺陷：

(1)行業(yè)內(nèi)比較常用的方法是利用變壓器繞組分離的技術(shù)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期輸出短路保護(hù)功能，但采用這種方式帶來(lái)的后果是大大減低了產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率、紋波噪聲較大并且提高了成本;

(2)采用自主磁芯專(zhuān)利技術(shù)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)短路保護(hù)，但為避免短路時(shí)，后端重載會(huì)導(dǎo)致模塊損壞，因此輸出容性負(fù)載能力差。

難題二：?jiǎn)?dòng)能力、容性負(fù)載與轉(zhuǎn)換效率、短路保護(hù)功能的相互制約

電源設(shè)計(jì)中啟動(dòng)能力、容性負(fù)載常常與轉(zhuǎn)換效率相互制約的，目前存在的難點(diǎn)在于：

(1)微功率電源一般采用RC啟動(dòng)方式，啟動(dòng)能力和容性負(fù)載能力要強(qiáng)，則需要大的啟動(dòng)電流，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換電路內(nèi)部的功耗大，輸入與輸出間的轉(zhuǎn)換效率就低。

(2)同時(shí)VCC容量大，由于模塊內(nèi)部單獨(dú)依靠芯片，內(nèi)部電流環(huán)將會(huì)引起短路保護(hù)，從而導(dǎo)致進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，因此必須在容性負(fù)載和過(guò)流(及短路保護(hù))之間找一下平衡點(diǎn)。

難題三：滿載及輕載高效率與空載功耗低

電源模塊的效率也是用戶關(guān)心的參數(shù)，其中包括滿載與輕載效率：

(1)開(kāi)關(guān)電源，損耗大部分來(lái)自開(kāi)關(guān)器件(MOSFET和二極管)以及磁芯損耗，負(fù)載電阻的消耗是不變的，因此外接負(fù)載越小，損耗率越高，輕載效率低;

(2)對(duì)于定壓電源模塊的空載電流一般要求低于10mA，而業(yè)界內(nèi)因技術(shù)局限一般只能做到15-30mA的水平。

在公司提倡“積極傾聽(tīng)客戶需求、精心構(gòu)建產(chǎn)品質(zhì)量”的時(shí)代背景，P系列電源模塊的推出是聚焦于解決行業(yè)內(nèi)小功率電源模塊的難題：容性負(fù)載能力差、轉(zhuǎn)換效率低、無(wú)短路保護(hù)功能、靜態(tài)功耗高等等，滿足客戶的極致體驗(yàn)。

優(yōu)勢(shì)一：自主研發(fā)，IC集成化技術(shù)，性能一致性、高可靠性

ZY定壓系列是傳統(tǒng)的自激推挽電路設(shè)計(jì)技術(shù)，而P系列采用高度集成化的IC電路方案，可確保產(chǎn)品的性能一致性，減少分立器件本身參數(shù)離散性對(duì)性能的影響。

優(yōu)勢(shì)二：封裝完全兼容，性能跨越性提升

(1)封裝全兼容：為了不影響原有客戶產(chǎn)品的使用，P系列在封裝、引腳完美兼容ZY系列產(chǎn)品;封裝形式多樣，包括SIP封裝、SMD封裝、DIP封裝，讓客戶在系統(tǒng)更新?lián)Q代、性能升級(jí)過(guò)程中無(wú)需更改原有的PCB;

(2)轉(zhuǎn)換效率更高：P系列在效率方面表現(xiàn)優(yōu)異，實(shí)現(xiàn)了滿載85%以上的效率，且輕載高達(dá)75%以上效率;

(3)更低空載電流：P系列產(chǎn)品的空載功耗，做到5mA以下的空載電流，特別適合于對(duì)空載功耗要求極高的應(yīng)用場(chǎng)合，如便攜式設(shè)備等;

(4)工作環(huán)境溫度更寬：P系列產(chǎn)品高溫特性提升了20℃的工作環(huán)境溫度，提升模塊在更惡劣的工作環(huán)境適應(yīng)能力，保障系統(tǒng)的高可靠性;

(5)實(shí)現(xiàn)持續(xù)短路保護(hù)：P系列產(chǎn)品有效避免系統(tǒng)前級(jí)電源因后級(jí)電源的失效而引發(fā)的各種響應(yīng)，有效阻止系統(tǒng)的災(zāi)難性發(fā)生，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)可靠性;

(6)容性負(fù)載能力更強(qiáng)：P系列產(chǎn)品的容性負(fù)載能力有了質(zhì)的飛越，如：5V輸出產(chǎn)品的容性負(fù)載從220uF直接提升到2400uF，并且可以在CC模式下啟動(dòng)，解決了行業(yè)內(nèi)可持續(xù)短路保護(hù)與容性負(fù)載能力不可兼得的矛盾，如表 1所示的短路保護(hù)功能與啟動(dòng)能力、容性負(fù)載相互制約。

圖一

優(yōu)勢(shì)三：為保證電源產(chǎn)品性能建設(shè)了行業(yè)內(nèi)一流的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室

以上就是微功率電源解析，需要工程師在工作中不斷總結(jié)，這樣才能不斷改進(jìn)，做出滿足需要的微功率模塊。P系列通過(guò)完整的EMC測(cè)試，靜電抗擾度高達(dá)4KV、浪涌抗擾度高達(dá)2KV，可應(yīng)用于絕大部分復(fù)雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，為用戶提供穩(wěn)定、可靠的電源隔離解決方案，如圖二、圖三所示。