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交直流转换电源:针对峰值功率还是针对平均功

发布时间::2018-1-17 浏览量:1188 分享到:

若何匹配电源请求与设计,以及尺寸和成本之间的衡量推敲

  大年夜电气角度来看,为较低的平均持续电流而设计的电源可以或许节约成本和空间,这是因为磁性元件和功率器件都可以用体积小成本低的元件。 

Dialog 半导体公司 Scott Brown

  每一代新的电子设备都力争降低平均功耗,来由很简单:不管是有线照样无线,我们老是全力降低功耗。降低平均功耗一向以来都是寻求的目标,尤其是今朝,各类全球性监管机构施加压力,请求电子设备都具有高能效。然则一些产品应用电机、硬盘驱动器和其他大年夜电容、大年夜电感的元件会产生很高的峰值负载电流。是以,即使是平均功耗可以或许降低,峰值功率程度照样很高。

大年夜散热角度来看,为持续输出60W设计所需的功率器件要知足更高的持续功率损耗请求,是以散热器的尺寸和成本更高。图 1 显示了两个不合散热器的并排图像,个一一个是主功率器件在 60W 持续供电的情况下所需的散热器,较小的一个是 40W 持续供电下应用的散热器。尺寸(和成本)差别异常明显。

  包含游戏机和打印机在内的各类花费性电子产品平日采取现成的电源以知足其最大年夜功率请求。然则,这些现成的电源必须供给给用所需的最大年夜功率。因为这些电子产品的负荷曲线平日包含较低的平均功耗和有时产生的较大年夜的瞬时峰值,是以在这些应用中采取这类电源往往是大年夜材小用。对于选择电源的工程师出现了一个独特的问题:电源的大年夜小是否应当设计到可以或许持续输出最大年夜瞬时所需的功率,照样设计到平均所需的功率,然后经由过程有源或无源的筹划来竽暌功对峰值输出?在离线式交直流转换电源电路中,外部组件的尺寸主导了这场辩论,潜在的解决筹划将决定电源的成本和尺寸,大年夜而进一步半数个最终产品产生重要影响。 高压电源hvpsc.com

  电源设计者尽力在离线式电源的成本和机能之间寻求均衡,也须要推敲电源实际所应用的情况。对于须要岑岭值电流的应用而言,这种推敲加倍重要。短时光内出现赶过平均电流 50-60% 的电流峰置魅这一情况并不少见。针对须要 60W 瞬时功率而平均为40W输出的应用,60W 的大年夜型档链具有卓越的机能,因为能持续应对峰值功率。然则,60W 的设计在电气和散热方面要知足 60W输出功率的尺寸请求。 hvpsc.com

次级侧整流器件在电气和散热方面与初级侧功率器件的情况雷同。与初级侧功率器件类似,较高的功率设计会给次级侧整流器件增长元件和成本。

图 1. 主功率器件在 60W 持续供电下的散热器(左)与 40W 持续供电下应用的较小散热器(右)之间的尺寸比较。

  如不雅电源能在有限的时光范围内供给峰值电流,那么电气和散热设计可以接近针对平均功率而设计的筹划,在供给额外电流的情况下将成本和尺寸保持到最低。数字控制技巧实现的时序解决筹划能轻松地实现峰值功率的应用。一种双重电流限制的办法(由主限流点设定平均电流,次限流点设定峰值功率模式下的更高电流)许可经由过程瞬时峰值电流,同时将热损掉降到最低,大年夜而削减输出电容的需求,并确保外部元件达到基于平均功率设计所需的尺寸。

  很明显,设计到最大年夜峰值功率的电源可以或许运行优胜,但成本较高。一种替代筹划是基于较低平均功率的设计采取无源蓄能,然则须要大年夜量输出电容以确保知足峰值功率的请求,并且在占空比较高的反复脉冲下这种筹划不克不及优胜运行。幻想的选择是设计出可以或许轻松供给平均功率而又能知足峰值功率请求的电源,在电气和散热方面不做超裕量设计。

  如不雅把电源按照平均功率设计但许可超出额定最大年夜电流的 50% 的峰值电流畅过,则电源会比较小。合适较低平均功率的磁性元件是可以应对峰值功率的,固然在峰值时代的效力稍微低些,然则不会明显影响总体效力,反而较小尺寸的变压器会减小整体尺寸和降低成本。同样地,主功率器件也可针对较低的平均电流来设计,大年夜而优化整体设计的尺寸和成本。

  供给峰值功率有一种简单清楚明了的办法,即增长电源控制器上的输出电流限制点达到超出峰值功率所需的程度。电源能在须要的情况下供给额外的电流。然则,这种办法同样须要散热方面的考量,因为在故障的情况下,比如持续超电流状况下产生持续输出的故障,则电源可能会过热并产生安然问题。如许散热治理问题与持续峰值功率的设计会一样甚至可能更棘手,所以须要找出一个不合的办法,既可以或许供给峰值电流,也不影响总体电源的安然性和靠得住性。

  等效模仿计时电路可供给类似的计时功能,然则灵活性不高,因为模仿计时办法的时光常数(RC 时光常数)限制了反复脉冲的频率和占空比。内部计时电路没有足够的时光在反复脉冲之存放电,有可能导致计时故障。

  iW1770是具有峰值功率控制的数字电源控制器。iW1770 采取数字控制回路,其电流限制电路可以或许在 40ms 时光内,供给高达60%的额外输出电流,然后再把输出电流降至平均功率的安然程度。用户可以设备最大年夜电流,不会影响正常的过电流故障保护。在完全短路或输出过电流产生软短路故障时,电流输出将会被割断并进入智能低功耗模式,或称为智能间断式输出技巧(称为SmartDefender?),处理电缆和连接器中的软短路现象,防止在故障情况下出现过热和破坏。iW1770大年夜大年夜简化了电源设计应用,设计者可以采取远低于针对峰值功率持续工作而设计的散热器,还可以或许应用相符平均输出功率而非峰值功率的元器件,大年夜而节俭成本和空间。 hvpsc.com

体系设计工程师须要灵敏地知道他们若何基于实际的体系请求来定义、选择并设计所需的离线式电源,在最大年夜程度上节俭成本。数控电路在峰值功率控制方面具有快速、简单的特点,是安然和靠得住筹划。

图 2 显示的是,iW1770 在 12V、2A 的平均输出电流应用中在所许可的 40ms 时光内大年夜最大年夜的平均电流 2A 改变至跨越平均电流 60% 的峰值电流时的波形,输出情况稳定,并供给负荷在峰值功率时光内所需的电流,直到峰值负荷减弱并回到正常的平均电流。


图 2. iW1770 在 12V、2A 平均输出电流应用中的输出情况

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