用于機(jī)頂盒與液晶電視的簡(jiǎn)易開關(guān)電源設(shè)計(jì)

　　前言

　　傳統(tǒng)電子消費(fèi)產(chǎn)品的AC-DC開關(guān)電源,通常需要帶有多組輸出隔離變壓器并由一片原邊電源控制器控制輸出電壓和電流,但這類多組輸出電源的輸出電流都比較小，穩(wěn)定的輸出電壓是通過線性穩(wěn)壓管來實(shí)現(xiàn)。從設(shè)計(jì)與制造及使用的角度來看,比較麻煩而且成本也較高。需指出的是,其線性穩(wěn)壓管只能應(yīng)用于高電壓和低電流,故此種電源在應(yīng)用上局限性很大,己遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)新一代電子消費(fèi)產(chǎn)品的需要。

　　這是由于新一代電子消費(fèi)產(chǎn)品如機(jī)頂盒，液晶電視(或高清晰度電視)需要的是能提供大輸出電流和低輸出電壓的低價(jià)高效率開關(guān)電源，從而促使許多產(chǎn)品設(shè)計(jì)需采用分散式電源模式,也就是說,產(chǎn)品設(shè)計(jì)更傾向于選擇在市場(chǎng)上很容易采購(gòu)到的AC-DC適配器并把多組直流電源直接安裝在系統(tǒng)的線路板上。

　　特別要說明的是,由于系統(tǒng)主芯片的電壓越來越低而且電流越來越大，這樣就可以使越來越多的直流開關(guān)電源能出現(xiàn)在系統(tǒng)板上的新型工裝技術(shù)。

　　而要提供一系列價(jià)格低廉，線路簡(jiǎn)單，性能齊全直流開關(guān)電源,其關(guān)鍵在于是如何應(yīng)用低廉、簡(jiǎn)單，性能齊全的電源控制芯片。Semtech　International公司的低價(jià)簡(jiǎn)易同步式降壓控制芯片SC 
2618不失為一種好的選擇，用SC2618只需較少外圍元器件就能設(shè)計(jì)出低電壓高效率降壓電源。

　　用SC2618設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易同步降壓電源

　　圖1為用同步式降壓控制芯片SC2618與雙場(chǎng)效應(yīng)功率管AO4812集成塊設(shè)計(jì)組成的機(jī)頂盒和液晶電視及其它消費(fèi)電子產(chǎn)品所需的板上開關(guān)直流電源線路圖。

　　此電源的輸入電壓Vin由交流變直流適配器提供，Vin大多數(shù)為12V/5V(也有少數(shù)會(huì)用24V),輸出電壓是1.8V，輸出電流是3.5安培。SC2618能接收4.5V至14V工作電壓并有一個(gè)1.25V內(nèi)部電壓基準(zhǔn)。0.5安培的場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)能使電源的輸出電流達(dá)到10安培。SC2618不需要反饋補(bǔ)償電路。

 圖1　用SC2618和AO4812設(shè)計(jì)的機(jī)頂盒和液晶電視等消費(fèi)電子產(chǎn)品所需支流開關(guān)電源圖

　　由圖1可看到，一組分壓電阻(R6，R8)會(huì)將輸出電壓Vout信息反饋給SC2618芯片的?FB端如果輸出電壓Vout低于所設(shè)定的數(shù)值，高端的場(chǎng)效應(yīng)管Q1將被導(dǎo)通并一直導(dǎo)通到輸出電壓Vout回升到設(shè)定的數(shù)值以上。同樣的道理，如果輸出電壓Vout高于用戶所設(shè)定的數(shù)值，高端的場(chǎng)效應(yīng)管將被關(guān)斷而低端的場(chǎng)效應(yīng)管Q2將被導(dǎo)通并一直導(dǎo)通到輸出電壓下降到設(shè)定的數(shù)值以下。這種芯片模式將會(huì)使一個(gè)降壓式電源工作在以下任何一種模式：
    ·高端場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通1微秒；
    ·低端場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通1微秒；
    ·高／低端場(chǎng)效應(yīng)管各導(dǎo)通1微秒；

　　輸出短路保護(hù)是通過SC2618的反饋端電壓(VFB)和它的1.25V內(nèi)部電壓基準(zhǔn)電壓來實(shí)現(xiàn)的。在正常工作時(shí)如果反饋端電壓小于1.25V基準(zhǔn)電壓200mV，SC2618立刻關(guān)斷高端場(chǎng)效應(yīng)管同時(shí)內(nèi)部軟啟動(dòng)電容開始放電。如果輸出短路是發(fā)生在軟啟動(dòng)過程中，必須等軟啟動(dòng)結(jié)束才能徹底關(guān)斷場(chǎng)效應(yīng)管并開始軟啟動(dòng)電容放電。一旦軟啟動(dòng)電容放電結(jié)束，新的一輪軟啟動(dòng)又開始。

　　SC2618在寬輸入電壓時(shí)的應(yīng)用線路

　　雖然SC2618Vcc只能接收4.5V—14V之間的輸入電壓，但是只要在芯片的外圍增加一個(gè)非常簡(jiǎn)單的線性穩(wěn)壓管(一個(gè)小信號(hào)晶體管和一個(gè)齊納二極管)就可以很容易地將輸入電壓的范圍升到20V以上。同時(shí)可以利用一個(gè)外圍晶體管來關(guān)斷芯片。這種電路可用在許多需要24V輸入電壓工作的消費(fèi)類產(chǎn)品中。

圖2　用SC2618設(shè)計(jì)的寬輸入電壓電路

　　圖2是一個(gè)可以工作到24V輸入電壓的完整電路圖。輸入電壓可以是5Vto24V，輸出電壓是3.3V，輸出電流是3.5A。圖2中6.2V的齊納二極管將SC2618Vcc電壓限制在5.5V左右。上(高)端和下(低)端場(chǎng)效應(yīng)管的驅(qū)動(dòng)電壓也在5.5V?？梢酝ㄟ^晶體管Q3來關(guān)斷整個(gè)電源。

　　這樣的電路在機(jī)頂盒、液晶電視等產(chǎn)品上經(jīng)常看到。像SC2618這樣的同步式降壓電路比許多非同步式電路在高輸入電壓的應(yīng)用中有較大的優(yōu)勢(shì)。

　　功率場(chǎng)效應(yīng)管的選擇

　　由于本直流開關(guān)電源是同步降壓轉(zhuǎn)換器,即有著高輸入電壓對(duì)低輸出電壓的特點(diǎn),故高端場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通的時(shí)間很短,低端場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通的時(shí)間很長(zhǎng),但是低端場(chǎng)效應(yīng)管轉(zhuǎn)換電壓幾乎為零。在這樣的應(yīng)用中，柵極電容較小(內(nèi)阻較大)場(chǎng)效應(yīng)管適用于高端開關(guān)，柵極電容較大(內(nèi)阻較小)場(chǎng)效應(yīng)管適用于低端開關(guān)。在該例子中所用的場(chǎng)效應(yīng)管是通過它的內(nèi)阻(RDSON)、柵極電容／電荷和封裝熱阻這3個(gè)參數(shù)來選擇的。利用SC2618　0.5A內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器，一個(gè)柵極電荷為25nC　　在圖1中，Ps是0.3W。由于在高端和低端場(chǎng)效應(yīng)管之間無重疊傳導(dǎo)，流過低端場(chǎng)效應(yīng)管漏極和源極的寄生二極管或外部肖特基二極管總是在低端場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通之前導(dǎo)通。低端場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通電壓僅為一個(gè)在漏極和源極之間二極管的電壓。低端場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)損耗為零。

　　以圖1為例，選用的場(chǎng)效應(yīng)管是A04812。A04812高低端導(dǎo)通內(nèi)阻都是28mΩ，在3.5A負(fù)載時(shí)高低端導(dǎo)通損耗是0.35W。整個(gè)AOS4812損耗為0.65W，在3.5A負(fù)載下AOS4812損耗為0.65W，這時(shí)AO4812　SOIC8封裝結(jié)溫是111.5℃。這數(shù)值遠(yuǎn)小于芯片150℃結(jié)溫限制。對(duì)于大電流輸出上的應(yīng)用(>3.5A)，可以采用低內(nèi)阻抗場(chǎng)效應(yīng)管來限制它的導(dǎo)通損耗，并利用外加散熱器將它的結(jié)溫控制在110℃之內(nèi)。