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[導(dǎo)讀] 手工具機(jī)、噴墨式印表機(jī)及硬碟機(jī)等馬達(dá)性負(fù)載啟動(dòng)瞬間需要較高的啟動(dòng)電流,因此, 此類產(chǎn)品的電源供應(yīng)器在啟動(dòng)瞬間要能提供較高的功率(Peak power)輸出,但平時(shí)工作狀態(tài)時(shí)所需的功率卻又遠(yuǎn)低于啟動(dòng)瞬間所需功率

   手工具機(jī)、噴墨式印表機(jī)及硬碟機(jī)等馬達(dá)性負(fù)載啟動(dòng)瞬間需要較高的啟動(dòng)電流,因此, 此類產(chǎn)品的電源供應(yīng)器在啟動(dòng)瞬間要能提供較高的功率(Peak power)輸出,但平時(shí)工作狀態(tài)時(shí)所需的功率卻又遠(yuǎn)低于啟動(dòng)瞬間所需功率。面對如此大范圍變化的功率需求,若以啟動(dòng)瞬間的條件來設(shè)計(jì)變壓器,會造成平時(shí)工作狀態(tài)的過度設(shè)計(jì)(Overdesign)而增加設(shè)計(jì)成本,因此,應(yīng)用需求與設(shè)計(jì)成本之間的取舍往往造成設(shè)計(jì)上的困難。為了對這些需求進(jìn)行最佳化設(shè)計(jì),以下我們將針對需求特性及原理進(jìn)行分析。

  根據(jù)法拉第定律,返馳式轉(zhuǎn)換器(Flyback cONverter)的能量轉(zhuǎn)換公式如式(1)所示,由以下公式中我們可以看出,一次側(cè)的峰值電流變化量受到輸入電壓(VI)、電感感量(L)、導(dǎo)通時(shí)間(DON)以其操作頻率(FSW)等參數(shù)影響。以前述例子而言,啟動(dòng)瞬間需要較大的啟動(dòng)電流(IP),因此開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間會隨著負(fù)載不斷增加,使得峰值電流變化(DIP)也隨之上升,此時(shí),磁通量密度可能會因?yàn)檫^大的峰值電流變化而超過其承載上限值(BMAX),造成變壓器飽和產(chǎn)生短路線現(xiàn)象,導(dǎo)致一次側(cè)峰值電流急速增加而毀損周邊原件,如圖1所示。

 


  一次側(cè)峰值電流變化量

  VI 輸入電壓

  DON 開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間

  L 一次側(cè)電感感量

  FSW 關(guān)關(guān)切換頻率



圖1、變壓器飽和現(xiàn)象

  由公式(1)中可得知,峰值電流變化和開關(guān)切換頻率呈反比關(guān)系,如公式(2)所示。若將開關(guān)切換頻率隨負(fù)載增加而提升(圖2),能夠有效抑制峰值電流的變化量,不僅可提供瞬間高瓦特?cái)?shù)輸出,提升瞬間的啟動(dòng)能力,更能降低變壓器在啟動(dòng)瞬間的磁通,縮小元件尺寸并降低成本。


 


 

圖2. 依據(jù)負(fù)載調(diào)整開關(guān)切換頻率[!--empirenews.page--]

  目前市面上PWM IC并無專門針對此應(yīng)用的解決方案,若要滿足上述需求皆需要增加周邊應(yīng)用電路。因此,以下特別使用一款符合這樣需求的產(chǎn)品--LD7533來做說明。

  LD7533為一電流模式控制IC,整合了過電壓保護(hù)(OVP)、過溫保護(hù)(OTP)及過載保護(hù)(OLP)等保護(hù)功能,同時(shí)也具備了可調(diào)式軟啟動(dòng)(Soft STart)、電壓過低鎖定(UVLO)、內(nèi)建輸出PWM頻率跳動(dòng)及前緣突波遮蔽(LEB)等功能。另外,LD7533擁有低啟動(dòng)電流(<18μA)及輕載運(yùn)作時(shí)極低的操作電流(<1mA),如此較傳統(tǒng)電流模式控制設(shè)計(jì)能達(dá)到更精簡及節(jié)能要求。

  以18W(12V/1.5A)應(yīng)用為例,當(dāng)Peak power需求達(dá)到36W(12V/3A)時(shí),LD7533將原有PWM頻率由62KHz提升至180KHz,避免變壓器產(chǎn)生飽和現(xiàn)象,不僅可以滿足瞬間較高瓦特?cái)?shù)需求,更能有效降低最大磁通量密度(BMAX)達(dá)21%,如下圖3所示。


 


圖3、LD7533與一般PWM IC比較

  這一款LD7533另外提供了軟啟動(dòng)時(shí)間及過載保護(hù)延遲時(shí)間調(diào)整的功能,可滿足各種不同產(chǎn)品的應(yīng)用需求。

  如圖4所示,透過調(diào)整CT 腳位上的電容,可調(diào)整下列參數(shù):

   軟啟動(dòng)時(shí)間(Soft-Start time):有效降低MOSFET上尖波電壓(Spike)大小。

   過載保護(hù)延遲時(shí)間(OLP delay time):以滿足各種不同的Peak power時(shí)間需求,同時(shí)兼顧系統(tǒng)應(yīng)用的安全性。

 



 

圖4、軟啟動(dòng)時(shí)間及過載保護(hù)延遲時(shí)間調(diào)整[!--empirenews.page--]

  應(yīng)用實(shí)例

  若使用傳統(tǒng)PWM IC來實(shí)現(xiàn)上述功能,往往需要增加許多周邊電路,不僅增加設(shè)計(jì)時(shí)間與材料成本,電路可靠度也是一大問題。如圖5所示,LD7533成功了整合應(yīng)用所需電路,提供了極精簡化設(shè)計(jì)的解決方案,讓工程人員能更快速的完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)。


 


圖5、LD7533高功率輸出解決方案與傳統(tǒng)應(yīng)用差異比較

  結(jié)論

  利用LD7533瞬間高功率輸出解決方案,實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)成瞬間高功率輸出并降低變壓器設(shè)計(jì)成本,在應(yīng)用需求與設(shè)計(jì)成本之間取得最好的平衡點(diǎn)。另外,若調(diào)整它的的軟啟動(dòng)時(shí)間及過載保護(hù)延遲時(shí)間,即可滿足各種不同產(chǎn)品的應(yīng)用需求。

  低啟動(dòng)電流(<18μA)及輕載運(yùn)作時(shí)只消耗了非常低的操作電流(<1mA), 這款產(chǎn)品和傳統(tǒng)電流模式控制相較, 設(shè)計(jì)更精簡、節(jié)能,符合Energy Star等各國相關(guān)節(jié)能規(guī)范要求。

  由LD7533提供的高可靠度周邊應(yīng)用線路整合解決方案來看,精簡化的電路能有效減少工程人員的設(shè)計(jì)時(shí)間及降低材料等設(shè)計(jì)成本,大幅縮短專案開發(fā)所需時(shí)程。

 

 

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