利用实时波形分析决定电路关键参数,仅利用初级反馈进行输出电压调节,从而消除了光耦合器和回路补偿。基于的PFC升压与回扫整流器/能量存储DC/DC(Boost Integrated with Flyback Rectifier/Energy storageDC/DC,简写为BIFRED)单级、单开关拓扑,提供97%的功率因数,输入谐波电流符合EN610032限制规定。在85~270V的AC通用线的负载变化条件下,效率可高于85%。零电压开关(ZVS)操作和临界不连续导电模式(CDCM),提供最低的导通损耗,消除了周期之间的死区时间。与传统技术比较,可使回扫变压器在较低的磁通电平上工作,产生较小的磁芯损耗。智能跳越(Smart Skip)模式提供低待机功耗,符合“蓝天使”规范。
基于iW2202的离线数字电源,输出功率可达150W;适用于LCDTV、AC/DC适配器和电池充电器等。iW2202也可应用于荧光灯电子镇流器。
iW2202采用8引脚SO封装,芯片电路组成框图如图1所示。其中,脚2~脚5均为模拟输入,脚8为数字输出。
图2所示的基本拓扑为BIFRED结构。BIFRED拓扑为升压变换器与隔离回扫变换器相组合的单级、单开关拓扑,仅需用很少量的元器件,则可获得功率因数校正。
在图3所示的BIFRED电路中,利用不连续模式升压变换器获得PFC。升压变换器电容C1驱动一个回扫(反激)变换器。在PFC开关S1导通期间,从AC线路传输的能量被存储在升压电感器L1中。同时,来自C1的能量被存储在回扫变压器T1初级NP中。在S1关断期间,在T1初级绕组NP中的能量传输到输出,同时,在L1中的能量对C1充电。
如果L1和NP中存储的能量在AC线路半周期内的平均值相同,C1上的电压将保持不变。采用iW2202驱动S1,则可以实现这一目标。与传统变型的PFM比较,采用iW2201可以避免大容量电容器上的高电压应力问题。自适应Pulse Train调节,可使电容C1上的电压保持在400V以下,允许C1采用400V的电容器。
由于升压级和回扫级工作于不连续模式,在每个开关周期内,两个电感器(L1和NP)完全复位一次。存储在L1中的能量全部传送到C1,在C1中存储的能量全部传送到负载。基于iW2202的电源对于AC线路呈现一个电阻性负载,AC线,在桥式整流器输入端产生与AC输入电压同相位的正弦电流,如图4所示。
与利用PWM或PFM获得电源输出电压调节不同,Pulse Train控制输出电压是通过功率脉冲的存在实现的。如果输出电压低于预设置电平,功率脉冲将连续发射,直到输出达到所期望的电平。如果输出电压高于正常值,感测脉冲将取代功率脉冲,如图5所示。
在辅助绕组上的电压VAUX,在关断周期结束附近点上被检测,并与门限电平相比较。如果VAUX高于其门限(1.2V),紧接感测周期。如果VAUX低于1.2V,接下来的则是功率周期。感测周期与前边的功率周期时间相同,但其导通时间仅为功率周期导通时间的1/4,感测脉冲的峰值电流仅为功率脉冲的1/4。因此,感测周期传送的能量仅为功率周期的1/16。在非常低的负载条件下,没有功率脉冲发送,通过跳越周期仅发送感测脉冲。为保持输出电压调节,Pulse Train使功率脉冲与感测脉冲之比率最佳化,Pulse Train并不取决于脉冲宽度。脉冲频率和占空因数可以变化,但不会影响电压调节。
iW2202利用实时波形分析确定电路的关键参数。在开关截止期间,在变压器辅助绕组(NAUX)上的反射电压,反映了次级电压、变压器漏感及变压器复位时间、谐振频率和次级整流二极管特性等信息。在每个周期截止期间,辅助绕组上的反射电压被检测,以确定次级电压、变压器复位时间和最佳ZVS点及接下来的周期脉冲类型。因此,无须光耦合器反馈。
传统电压调整器感测的是在多周期上的平均电压,必然丢失大量的信息并引入延时,使响应变缓。实时波形分析从目前周期决定下一个开关周期,时间延迟非常短,远小于单个周期的关断时间,从而增强了系统稳定性,无须环路补偿,简化了电路设计。
iW2202的Pulse Train利用在断续模式引起的谐振(振铃)获得ZVS。在变压器次级电流降至零之后发生谐振,表示从功率传送到开路条件的过渡。图6所示为辅助绕组上的电压和ZVS。
从图6可以看出,后传导谐振是一种阻尼振荡。在振荡信号的第一个周期上接近于0V时,很容易获得ZVS。ZVS时间tZVS在感测周期被测量,并且tZVS=(t2-t1)/2。在获得ZVS时,还得到临界不连续导电模式,从而消除了周期之间的死区时间。与传统技术方案比较,变压器可以在较低的磁通电平上工作,从而有较小的磁芯损耗,获得较高的效率。
Pulse Train仅利用初级反馈检测次级电压,无须使用光耦合器。iW2202提供恒定峰值电流控制,不会出现电流问题。SmartSkip模式是提供低待机功耗,符合“蓝天使”规范。
图7所示为基于iW2202的SMPS电路。其中,L1、C1和D6组成BIFRED升压/回扫拓扑。D6为阻塞二极管,C1为回扫变压器提供能量。变压器T1的回扫绕组NP为负载提供功率,在辅助绕组NAUX上的反射电压借助于实时波形分析电路被利用。辅助绕组还为iW2202提供电源,具体电路由NAUX、D1、C4和启动单元组成。D4、D3和C3组成缓冲(阻尼)电路。R7和R8组成分压器,用作感测AC线组成电流感测电路,电阻值设置峰值初级电流。
若图7所示的电路用于膝上电脑电源,AC输入电压范围为85~265V,输出电压VOUT=19V,输出功率Po=70W,效率=0.80,具体设计步骤如下。
设次级整流二极管D5的正向电压降为0.7V,次级电压Vs则为19.7V(19V+0.7V)。Vs反射到初级的电压则为nVs。开关S1的最大漏极电压Vd(max)可设置在500V,变换器最大输入电压为VAC(max),于是Vd(max)值为
设iW2202电源电路中二极管D1的压降为0.6V,辅助绕组上的电压VAUX=12V+0.6V=12.6V。次级和组之间的匝数比为
R1和R2将VAUX分压并经肖特基二极管D2箝位,馈送到iW2202的脚4。电压调节由R1与R2组成的分压器和iW2202内1.2V的参考电压控制。在iW2202脚4上的电压与实时波形分析电路相比较,若它在该电平以上,接下来的周期为感测周期。若它低于该电平,紧接功率周期。