高压MOSFET控制器简化非隔离开关的设计

        在许多应用中，在小封装中需要由AC电源供电的离线切换器，或者必须占用系统主板上的小空间。这些可以从家用智能电表、家用电器能耗监视器、高功率因数照明应用中的低成本离线LED驱动器的范围，以满足总谐波失真(THD)、EMC和安全的国际要求。

　　更高的效率和输出电流能力是设备制造商迁移到交换机的更令人信服的原因。这些好处将有助于OEM满足降低电力消耗的法规要求，同时满足更大电流的需求。然而，其他开关的优点，如更小的尺寸，更宽的输入电压范围，以及故障保护，也是显著的。

　　这种非隔离低功耗AC/DC转换应用的内置高压MOSFET的集成控制器的制造商包括功率半导体制造商，如德克萨斯仪器、功率集成、意微电子、仙童半导体和半导体等。TI最近推出了一个集成控制器UCC8880用于这些应用。它集成了脉宽调制(PWM)控制器和700伏MOSFET，以及在单个芯片上的高压电流源，使得能够从整流电源电压直接启动和操作(图1)。另外，如图1所示，它包括5 V调节器和保护功能，如限流器、过温保护、欠压闭锁(UVLO)和输出短路的过载保护。

　　非隔离开关

　　尽管芯片上的高功能集成，高压开关消耗很小的功率。该部分额定静态电流约为100μA，在低负载下，能够提供100毫安的输出电流。更重要的是，7引脚SO封装减少了系统的尺寸和成本。根据供应商，设计者可以使用这个切换器来建立各种转换器拓扑结构，如降压、降压升压和反激式，具有最少数量的外部元件。图1：TI公司的UCC8880在单片集成了控制器和700 V功率MOSFET。它还集成了片上高压电流源。

　　TI公司UCC8880的图像

　　图1：TI公司的UCC8880在单片集成了控制器和700 V功率MOSFET。它还集成了片上高压电流源。

　　为了快速方便地评估这个切换器IC，TI已经创建了基于UCC8880(PMP850)的参考设计。它提供了一种使用高边降压配置的非隔离AC/DC解决方案;该设计在120毫安之间产生13 VDC和12.8 VDC之间的调节固定输出，如图2所示。

　　由于参考设计采用歇斯底里模式，所以不需要环路补偿，这就减少了材料清单(BOM)计数到少数外部组件，如图2所示。该电路的测量性能表明，对于160 VDC输入，总效率是70%以上，在低到高负载变化时，随着输入电压增加到320 VDC(图3)，其效率下降一点点。由于输出电压调节是好的，输出在13 VDC和12.8 VDC之间在低到高负载之间变化，根据TI建立的基准设计原型的测试结果。同样，瞬态响应和江见干涉得到了满意的结果。

　　一种非隔离AC/DC方案的图像

　　图2：使用UCC8880的高隔离降压配置的非隔离AC/DC解决方案。它产生的输出电压为13 VDC在120毫安。

　　测量效率性能图像

　　图3：图2中的非隔离AC/DC开关在宽范围的输出电流下的测量效率性能。

　　低成本解决方案

　　类似地，功率集成解决了低功率非隔离AC/DC要求，其Link交换机TN系列的离线切换器IC。制造商声称使用Link交换机TN构建的开关电源将提供与线性和电容式滴管电源相媲美的系统成本。尽管降低了成本，但基于Link交换机的TN基AC/DC切换器在性能上不会妥协。

　　设计用于实现Buck、Buck Boost和回扫拓扑，Link交换机TN芯片集成了700 V功率MOSFET与所需的电源控制器功能。这些包括振荡器、开关控制电路、高压开关电流源、用于电磁干扰(EMI)减少的频率抖动、逐周期电流限制和热关断(图4)。

　　Link交换机TN成员LNK304/6的图像

　　图4：Link交换机TN成员LNK304/ 6的功能框图。

　　这个家庭的关键成员包括LNK302和LNK304到306。这些芯片从漏极上的输入电压导出启动和操作功率，从而消除了降压或反激变换器中单独的偏置电源的需要。对于非常低的系统成本，LNK302使用简化的控制器而无需自动重新启动。此外，在不超过360毫安的输出电流范围内，推荐使用非隔离电源。如图5所示，一种典型的12 VDC、120毫安非隔离开关用于诸如电饭煲和洗碗机等设备中。根据产品数据表，选择LNK304用于此应用程序，使其工作在大多数不连续模式(MCDCM)。具有反向恢复时间(Trr)约75 ns的二极管D1对于MCMM操作是可接受的。对于连续传导模式(CCM)操作，由产品数据表推荐具有35 ns的TrR的二极管。

　　基于LNK304的非隔离式AC/DC切换器的图像

　　图5：基于LNK304的非隔离AC/DC开关，具有通用输入和12 VDC输出，输出电流为120毫安。

　　除了对这些部件的应用注意事项AN37之外，功率集成还改进了参考设计和设计实例，以简化Link开关TN产品在这些应用中的使用。例如，设计实例DR-366描述了一种使用LNK306DG的9 W高效率功率因数校正的非隔离Buck LED驱动器。一个完整的示意图与PCB布局和测量性能结果在本文中描述。

　　在低功率离线非隔离开关摩擦中的其他供应商包括意微电子、飞兆半导体和半导体。ST，例如，提供了一个演示板(图6)，指定Stavar ISA035V1，使用低功率开关IC ViP1212E或VIP22A E，后者设计为12 VDC在350毫安和16 VDC在350毫安。

　　意法半导体评价板SISVAL-ISA035V

　　图6：ST的评估板StVal-ISA035V使用PIN兼容开关切换器IC VIP1212E或VIP2222E。

　　综上所述，有许多应用在低成本的非隔离AC/DC切换器需要在紧凑的封装中以低成本。本文已经解释了有几个供应商为这个空间服务，并讨论了他们提供的一些IC。除了扩大他们的产品组合，这些供应商还在增加新的铃声和口哨，而不增加成本或妥协的表现。