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功率设计

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极精简节能的瞬间高功率输出解决方案

导读: 手工具机、喷墨式印表机及硬碟机等马达性负载启动瞬间需要较高的启动电流,因此, 此类产品的电源供应器在启动瞬间要能提供较高的功率(Peak power)输出,但平时工作状态时所需的功率却又远低于启动瞬间所需功率。

  手工具机、喷墨式印表机及硬碟机等马达性负载启动瞬间需要较高的启动电流,因此, 此类产品的电源供应器在启动瞬间要能提供较高的功率(Peak power)输出,但平时工作状态时所需的功率却又远低于启动瞬间所需功率。面对如此大范围变化的功率需求,若以启动瞬间的条件来设计变压器,会造成平时工作状态的过度设计(Overdesign)而增加设计成本,因此,应用需求与设计成本之间的取舍往往造成设计上的困难。为了对这些需求进行最佳化设计,以下我们将针对需求特性及原理进行分析。

  根据法拉第定律,返驰式转换器(Flyback cONverter)的能量转换公式如式(1)所示,由以下公式中我们可以看出,一次侧的峰值电流变化量受到输入电压(VI)、电感感量(L)、导通时间(DON)以其操作频率(FSW)等参数影响。以前述例子而言,启动瞬间需要较大的启动电流(IP),因此开关导通时间会随着负载不断增加,使得峰值电流变化(DIP)也随之上升,此时,磁通量密度可能会因为过大的峰值电流变化而超过其承载上限值(BMAX),造成变压器饱和产生短路线现象,导致一次侧峰值电流急速增加而毁损周边原件,如图1所示。

  

  ΔIp一次侧峰值电流变化量

  VI 输入电压

  DON 开关导通时间

  L 一次侧电感感量

  FSW 关关切换频率

  

  图1、变压器饱和现象

  由公式(1)中可得知,峰值电流变化和开关切换频率呈反比关系,如公式(2)所示。若将开关切换频率随负载增加而提升(图2),能够有效抑制峰值电流的变化量,不仅可提供瞬间高瓦特数输出,提升瞬间的启动能力,更能降低变压器在启动瞬间的磁通,缩小元件尺寸并降低成本。

  

  

  图2. 依据负载调整开关切换频率

  目前市面上PWM IC并无专门针对此应用的解决方案,若要满足上述需求皆需要增加周边应用电路。因此,以下特别使用一款符合这样需求的产品--LD7533来做说明。

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