节能型瞬间高功率输出解决方案 - 全文

　　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。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，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。

　　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。

　　LD7533为一电流模式控制IC，整合了过电压保护(OVP)、过温保护(OTP)及过载保护(OLP)等保护功能，同时也具备了可调式软启动(Soft Start)、电压过低锁定(UVLO)、内建输出PWM频率跳动及前缘突波遮蔽(LEB)等功能。另外，LD7533拥有低启动电流(<18μA)及轻载运作时极低的操作电流(<1mA)，如此较传统电流模式控制设计能达到更精简及节能要求。

　　以18W(12V/1.5A)应用为例，当Peak POWER需求达到36W(12V/3A)时，LD7533将原有PWM频率由62KHz提升至180KHz，避免变压器产生饱和现象，不仅可以满足瞬间较高瓦特数需求，更能有效降低最大磁通量密度(BMAX)达21%，如下图3所示。

　　图3、LD7533与一般PWM IC比较

　　这一款LD7533另外提供了软启动时间及过载保护延迟时间调整的功能，可满足各种不同产品的应用需求。

　　如图4所示，透过调整CT 脚位上的电容，可调整下列参数：

　　软启动时间(Soft-Start time)：有效降低MOSFET上尖波电压(Spike)大小。

　　过载保护延迟时间(OLP delay time)：以满足各种不同的Peak POWER时间需求，同时兼顾系统应用的安全性。

　　图4、软启动时间及过载保护延迟时间调整

　　应用实例

　　若使用传统PWM IC来实现上述功能，往往需要增加许多周边电路，不仅增加设计时间与材料成本，电路可靠度也是一大问题。如图5所示(点击放大)，LD7533成功了整合应用所需电路，提供了极精简化设计的解决方案，让工程人员能更快速的完成产品设计。

　　图5、LD7533高功率输出解决方案与传统应用差异比较

　　结论

　　利用LD7533瞬间高功率输出解决方案，实验结果达成瞬间高功率输出并降低变压器设计成本，在应用需求与设计成本之间取得最好的平衡点。另外，若调整它的的软启动时间及过载保护延迟时间，即可满足各种不同产品的应用需求，大幅缩短专案开发所需时程。