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近年来，在工业及家电市场上产生了以降低变压器尺寸和成本为目标，从线性电源向开关电源转变趋势。因为国际标准、推荐规范和市场原因，效能高解决方案成为各厂商首选甚至成为强制性标准，结果产生从50/60Hz变压器和线性调节器向高频电力变流器过渡。此外，成本优化新设计引发了厂商对适用于全球应用开发构想，使他们开始思考宽范围输入电压。由于开关电源方案是基于对功率半导体开关导通时间调节方法，因此，开关电源技术为厂商实现自己构想提供了可能性。 本信息由PCBfans.cn提供 智能电源IC控制器和功率器件完全集成在单芯片内，而且不必考虑功率器件驱动及有关电源核心部分布局问题，因此，智能功率技术进一步简化了这种电源设计和开发过程。由意法半导体公司开发VIPer12A就是一款低成本单片智能电源IC，其组件包括一个60KHz集成脉宽调制控制器和一个击穿电压为730V高压功率MOSFET。本文主要分析了几个采用电源IC非隔离拓扑，例如标准降压、降压/升压配置、一个双输出拓扑和一种带双重互补性输出创新拓扑。本文还列举了一些设计建议及应用实例，同时还介绍了智能电源IC特性，如启动功能、过热和过流集成保护及反馈电路等，以及它们如何简化小型电源。 本信息由PCBfans.cn提供 脱机低功率拓扑结构概述 本信息由PCBfans.cn提供 通过调整电源开关工作比，脱机非隔离拓扑结构无需任何隔离变压器就可把交流电源转变成一个稳定直流电压。如图1所示，两个拓扑结构分别用于产生正电压和负电压，都使用一个电感器储存能量，在电源开关接通时充电。电感电流波形决定变换器工作模式，如“连续模式”或“非连续模式”。在连续模式中，电感电流从来不归零，而在非连续式中，在规定时间电感电流是零。 本信息由PCBfans.cn提供 在连续模式中，利用开关工作比D通过电子方式对电压进行控制，两个变换器工作方式就像一个变压器。根据公式1和2，工作比D由导通时间ton和开关时间TS比来决定。 公式1 降压变换器 公式2 降压/升压变换器 当开关接通时，输出电感器上(V1-V0)上出现一个恒压，使电感器上电流按照公式(3)计算出速率di/dt线性上升。 公式3 当开关关断时，电感器上电压极性相反，并设法维持电流与关断前相同。二极管导通，并钳制电感器电压至理想零状态。L上电压是V0，其电流以公式4给出速率下降。 公式4 一旦开关再次接通时，L上电流从D转向开关S，向二极管施加反馈偏压。电感器L上电流包括当开关断开时二极管上开关电流。电感电流围绕直流电流值I0以L值决定波动系数上下波动。 本信息由PCBfans.cn提供 由于采用基本拓扑结构，因此使用低成本器件就可以实现双输出变换器，如图2所示。这些拓扑特别适用于降压变换器，但也适用于降压-升压变换器。如图2a所示，在这种拓扑结构中，输出电感器两个线圈以回扫方式耦合并且匝数n适当。第二种拓扑结构是一种创新配置，适用于供给双重互补性输出。由于使用标准单线圈电感器，该配置主要优点是降低了成本。在电感电流处于续流状态时，给电容器充电可以产生第二个互补性输出。借助一个参数恰当齐纳二极管可以调节电容器上电压。 本信息由PCBfans.cn提供 在图3所示标准降压拓扑结构中，节点1电压由二极管D钳制，使电感电流可以继续流动。在这个解决方案中，齐纳二极管Dz钳制节点1电压至(Vd Vz)，其中Vd是二极管上压降，Vz是齐纳二极管电压。如果电容跨接齐纳二极管和地线，则会生成一个负电压源。根据工作原理，第二个输出供给电流不会超过第一个。开关周期基本上可以分为两个时间段，如图3所示。对于不连续导通模式(DCM)，在开关S接通期ton，输入直流总线与输出相连，对负载供电(见图3a)。一旦开关断开，电感电流继续流经二极管D1，直到电流值为0而且输出电容C1给这个负载馈电为止。 本信息由PCBfans.cn提供 齐纳二极管出现在续流通道上不会影响变换器基本工作，但是会降低效率，图4中示意了齐纳二极管作用原理。如果输出OUT 2没有负载，续流电流会经过二极管D1和D z。 本信息由PCBfans.cn提供 随着从OUT2吸取电流增大，续流电流会流过一个不同通路，如图4b所示。这种方式降低了Dz功耗，相应地提高了效率。因此，对于一个给定输出电流Iout1，如果对互补输出施加负载，变换器将具有更加优秀性能。两个输出电容器选择取决于输出波动规格。必须选择一个适当C2，同时应考虑到互补性输出与交流电源输出存在某种联系。 本信息由PCBfans.cn提供 如果需要一个去耦性输出，就必须使用一个适合控制电路，见图5。这个电路工作方式像一个等效负载，使用低成本器件可以轻松实现这个电路。这个电路组件包括两个晶体管Q1和Q2 (如一个PNP和NPN BJT)、