待機(jī)功耗特低的開關(guān)電源

   摘要：簡(jiǎn)要介紹了功率MOSFET驅(qū)動(dòng)器MC44608的組成和特點(diǎn)，著重描述了以MC44608為核心的待機(jī)功耗開關(guān)電源的典型應(yīng)用和由MC44608構(gòu)成的80W TV電源的實(shí)用電源，并對(duì)設(shè)計(jì)應(yīng)用中的幾個(gè)問題進(jìn)行了討論。

    關(guān)鍵詞：低待機(jī)功耗 SMPS TV電源 MC44608

1 引言

當(dāng)今，社會(huì)、家庭和辦公室中的各種裝置的待機(jī)損耗已成為污染的重要來源。通常，電視接收機(jī)、監(jiān)視器、打印機(jī)、傳真機(jī)等家電產(chǎn)品的能量消耗都有兩種截然不同的模式：即運(yùn)行模式和待機(jī)模式。運(yùn)行模式時(shí)，在保證同樣系統(tǒng)性能的前提下，可以通過降低各部分能耗來實(shí)現(xiàn)節(jié)能（如電源交率直接影響系統(tǒng)總線耗等）。而待機(jī)模式則有所不同，這些電路中的喚醒單元是永久供電的，以便隨時(shí)準(zhǔn)備使整個(gè)系統(tǒng)重新運(yùn)行。

對(duì)于任何由墻式電位插座供電的裝置，待機(jī)模式的功耗目標(biāo)為1W。傳統(tǒng)的辦法是斷開負(fù)載而保持電源運(yùn)行，即禁止模式，但此時(shí)系統(tǒng)的泄漏功率難以消除。為解決以上問題，可采取在待機(jī)模式期間完全斷開電源，設(shè)置一個(gè)微功率副電源支持喚醒單元的辦法來解決。MC44608控制器即可適應(yīng)這種需求，利用它可設(shè)計(jì)出高效率的待機(jī)功耗綠色開關(guān)電源。

圖1 MC44608的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理框圖

2 MC44608的特點(diǎn)和構(gòu)成

2.1 MC44608的特點(diǎn)

MC44608由于采用了有效的SMPS狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)，因而可用次極重新配置來實(shí)現(xiàn)泄漏功率抑制。該器件的特點(diǎn)如下：

*采用了高效PWM和低功耗特機(jī)的脈沖模式技術(shù)；

*芯片振蕩器開關(guān)頻率有40kHz、75kHz和100kHz三種可供選用；

*具有占空比控制、欠壓鎖定、過壓保護(hù)、去磁保護(hù)、內(nèi)部熱保護(hù)等多種功能；

*可用程序控制待機(jī)開關(guān)。

*具有較低的dV/dT，可保證較低的EMI輻射。

2.2 MC44608的構(gòu)成

MC44608的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是一個(gè)功率MOSFET驅(qū)動(dòng)器，采用DIP-8塑封，它具有反激SMPS控制器的所有基本功能，其中包括一具有500V電壓能力的集成啟動(dòng)電源、一個(gè)內(nèi)部固定頻率振蕩器（頻率有三個(gè)：MC44608P40為40kHz，MC44608P75為75kHz，MC44608P100為100kHz）、一個(gè)保證斷續(xù)電流模式工作的變壓器去磁檢測(cè)系統(tǒng)（亦可工作于自激振蕩器SOPS或準(zhǔn)諧振模式）、一個(gè)允許光閉環(huán)調(diào)整的并聯(lián)調(diào)整器、一個(gè)用于兩種模式（正常和脈沖模式）且完全可編程的過流檢測(cè)和防止調(diào)整失控的過壓保護(hù)等。

圖2 MC44608的構(gòu)成的待機(jī)功能為1W的80W TV電源電路

3 MC44608的應(yīng)用電路

3.1 低待機(jī)動(dòng)耗80W TV電源電路

圖2是以MC44608為核心構(gòu)成的一款低待機(jī)功耗80W TV電源電路。電路中采用箝位和緩沖網(wǎng)絡(luò)降低了EMI輻射，從而提高了較高線電壓功率開關(guān)的擊穿安全容限。所用變壓器為Thomson-OREGA公司生產(chǎn)的10642520-P1，其性能指標(biāo)見表1所列。

表1 變壓器的性能指標(biāo)

項(xiàng)  目	匝  數(shù)	參數(shù)值	引  腳
初級(jí)	40	180mH	1-3
112V	40	-	14-12
16V	6	-	11-10
8V	3	-	9-8
輔助繞組	4	-	6-7
初級(jí)峰值電流		3A

當(dāng)工作于激勵(lì)模式時(shí)，MC44608用于提供常規(guī)反激控制器性能。其中兩個(gè)獨(dú)立過壓保護(hù)（一個(gè)感測(cè)Vcc，另一個(gè)感測(cè)備用繞組電壓）可提供很高的安全電平。由于第二個(gè)OVP與Vcc平滑電容無關(guān)，故反應(yīng)迅速。去磁檢測(cè)可在安全間斷電源模式時(shí)改善電路的短路特性。該電路在脈沖工作模式時(shí)的輸出功率接近1W。此外，在待機(jī)模式下，還可以靠降低功率元件上的電壓來提高安全電平。同時(shí)適當(dāng)選擇Ton和Toff周期和振蕩器的開關(guān)頻率可使電流運(yùn)行在SOPS模式。

3.2 MC4408構(gòu)成的SMPS電源電路

圖3是由MC44608構(gòu)成SMPS電源的實(shí)際應(yīng)用電路原理圖。該電路是一種以待機(jī)功耗為1W的150W SMPS電源為背景進(jìn)行設(shè)計(jì)的。電路中的變壓器初級(jí)采用光耦合器IPT1進(jìn)行隔離，以避免初次級(jí)之間的相互影響。

112V輸出被連接到TL431的分壓器進(jìn)行調(diào)整，其注入到光電隔離器件的電流正比于112V的dVout偏差電壓。此電流通過光電隔離器件饋入MC44608的腳3后，再由MC44608內(nèi)部的并聯(lián)調(diào)整器變換為電壓，以使電壓模式PWM控制器控制功率開關(guān)。

在變壓器次級(jí)，用與TO-92晶閘管MCR22-6串聯(lián)的快速二極管和阻容網(wǎng)絡(luò)（4.7kΩ、120pF）可使晶閘管占火與TMOS關(guān)斷（在反饋電壓的上升沿）同步。在SMPS正常模式，阻容網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的尖峰脈沖可通過待機(jī)開關(guān)直接到地。待機(jī)開關(guān)可由任何喚喚醒單元（如圖2中μP等）控制。

圖3 MC44608構(gòu)成的SMPS電源電路

4 設(shè)計(jì)應(yīng)用中的幾個(gè)問題

4.1 SMPS次級(jí)的重新配置

SMPS變壓器是通過初級(jí)/次級(jí)進(jìn)行能量傳輸，并根據(jù)初級(jí)繞組與各次繞組間的匝比確定輸出電壓。在正常模式期間，其輸出必須被調(diào)整列具有最好的穩(wěn)定性。

次級(jí)重新配置的原理是對(duì)所希望調(diào)整輸出的繞組匝數(shù)比進(jìn)行調(diào)節(jié)，可采用SMPS次級(jí)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。這種開關(guān)結(jié)構(gòu)建立了變壓繞組與喚醒單元電源干線之間的連接。在待機(jī)模式，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，在ON周期存儲(chǔ)在變壓器初級(jí)組中的電流將不再傳輸給相應(yīng)的輸出高壓繞組，而是注入到低壓繞組。其結(jié)果是停止向高壓輸出供電，并迅速向低壓輸出供電。而在正常模式，通過TL431可以調(diào)整對(duì)能量需求的急劇增加，與TL431并聯(lián)的齊納二極管可確保低干線電壓的調(diào)整。

4.2 脈并中模式工作時(shí)的SMPS負(fù)載禁止

SMPS次級(jí)重新配置對(duì)SMPS工作狀態(tài)的另一個(gè)影響相當(dāng)于電流源的高壓繞組被偏置在低電壓下，此時(shí)在112V輸出端得到的電壓將變?yōu)?1.2V，16V輸出變?yōu)?.6V，Vcc降到1.2V，顯然在此條件下，MC44608將停止工作。因此，當(dāng)達(dá)到欠壓鎖定電平時(shí)，芯片將進(jìn)入等待狀態(tài)。在等待狀態(tài)結(jié)束時(shí)，芯片可借助啟動(dòng)Vcc平滑電容C7的重新充電過程和啟動(dòng)狀態(tài)來重新啟動(dòng)電源，但若次級(jí)重新配置仍然工作，則將重復(fù)相同的關(guān)閉時(shí)序。

4.3 工作模式的啟動(dòng)選擇

通過MC44608工作模式的自動(dòng)選擇特性可使待機(jī)電源自動(dòng)檢測(cè)SMPS次級(jí)是配置在正常模式還是脈沖模式。執(zhí)行此功能不需通過芯片上的任何特殊引腳，也不需另外的元件。此原理是以每個(gè)能量包結(jié)束時(shí)的調(diào)整器狀態(tài)存儲(chǔ)為基礎(chǔ)的。兩種類型的脈沖模式各自對(duì)應(yīng)于不同功能，其中打隔模式對(duì)應(yīng)于次級(jí)過載，脈沖模式對(duì)應(yīng)于次級(jí)重新配置啟動(dòng)。

圖4 不同芯片的狀態(tài)相

    在打嗝模式期間，最重要的特性是確保器件不損壞。在此條件下，功率元件（變壓器、MOSFET和二極管等）必須保持在一個(gè)可接受的溫度范圍內(nèi)。為保證這種狀態(tài)，脈沖占空因數(shù)只占脈沖周期的10％。不同芯片的狀態(tài)相如圖4所示。

5 結(jié)束語

綠色電源是當(dāng)今電源領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。待機(jī)功耗小于1W是電源設(shè)計(jì)師追求的目標(biāo)。TV電源等一些家庭辦公裝置中的電源采用MC44608可實(shí)現(xiàn)待機(jī)功耗小于1W的目標(biāo)，并可簡(jiǎn)化電路、降低成本，提高可靠性，減少開發(fā)周期。