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新一代节能电子器件
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New Generation Power-saving Components
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■ 孔非吾
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近年来,保护自然环境意识开始深入人心,也加速了电子产品低功耗化。作为降低电子产品能耗的方法,可概括地归纳为以下3种:(1)低电压供电的CMOS器件(例如,标准逻辑电路以及8/16位的微控制器),借此降低电力消耗;(2)无动力VTR开关节电有效,例如,若全球的TV机和VTR机都使用这种开关,则可少建一座原子能发电厂;(3)用于开关电源的开关器件低功耗化,即可节省工作时的电力消耗,又可消减备用时的能耗。
Philips Semiconductors公司从保护自然环境角度出发,专门开发出低功耗电子器件——“STAR PlugTM”和“GreenChipTM”。
STARplugTM器件技术
STARplugTM器件里可以采用回扫(Flyback)技术,可提供1 50W电力输出,在备用时仅消耗100mW电能。该器件采用绝缘体上硅SOI(Silicon
On Insulator)工艺制造芯片,内置有功率MOSFET。在芯片上高电压部分是利用可耐压650V的EZ-HVTM工艺,控制部分采用BiCMOS工艺。STARplug芯片产品提供出3种封装结构(SOP、DIL和DBS封装),分别有5种功率档次类型的器件,供用户自由选购。
在STARplugTM器件里,采用独特的谷值开关技术,可把功率MOSFET的开关损耗抑制到最低限度。所谓谷值开关技术,是利用在功率管(功率-MOSFET)的漏极(Drain)上振荡波形(参阅图1)在其谷值时实现开关的技术:当漏极电压波形处于波谷时,使功率-MOSFET开始导通。这时的功率开关管损耗PSW=0.5×Cpar×Vd2×fsw,表达式中的Cpar是漏极上寄生电容,Vd是漏极的电压,fsw是开关频率。当漏极电压处于最低值时接通功率开关管,这时的开关管损耗自然是可以很低的。
此外,从图1中也可清楚地看到,因漏极电压波形下降到最低的波谷时进行开关操作,由开关产生的尖峰(Spike)构成的射频RF信号也是最小。也就是说,由于采用谷值开关技术,不仅降低了功率MOSFET的开关损耗而且电磁干扰EMI也是最小的。这种STARplugTM器件应用领域广阔,在包括日本、美国和欧洲各国在内的商用电源产品里都能够使用这种低功耗化的器件。
STARplugTM器件由于整体高效率,对于某一电源的纹波可用小电容量的电源电容器进行滤波,所以该器件适合于构建低价位的电源系统。根据电源负载状况,当负载很轻时,可降低开关频率;无负载(备用状态)以及轻负载时,电力消耗很小;这时,占空因数也同时减少。正是由于采取这些精细的控制的结果,当电源去轻负载下运行时,变压器产生的哼鸣也被限制到最小程度,几乎听不到变压器造成的哼鸣声。
Philips Semiconductors为了方便用户设计开关电源,专门准备了一整套设计工具,同时备有CD-ROM盘片。设计时使用的应用程序,用户可通过Internet无偿下载这一应用程序,从而可节省设计费用。
当利用上述的成套设计工具和应用程序设计开关电源时,操作十分简便。首先,向设计系统里输入所需要的原边条件数据,诸如,商用电源电压,它的频率、冲击电流、有无过渡输入、输出功率、输出电压、系统的工作频率、希望的效率以及反馈方式。这时只要一按“Apply”键,原边电路参数立刻可以显示出来。然后,当选择需要的变压器类型之后,再度按“Apply”马上就可显示出全部电路的参数。最后,一按“Shematic”键,就获得所设计的开关电源的电路图。
GreenChipTM技术
所谓GreenChipTM器件原本是在数年前引入的GreenChipTMII基础上,通过改善性能和降低成本后,形成了现在的GreenChipTM器件。
GreenChipTM器件具备在备用状态下低功耗的特点,它使电源系统中的电磁干扰受到抑制,提高了效率,低价位。
GreenChipTM也采用回扫技术,基本上也是属于STARplugTM之类的器件;两者的差异是GreenChipTM属于TEAI507型器件,用它构成的开关电源可输出30
250W的电力,其备用状态下的电力消耗约为1W。因为,它适用于大功率输出的开关电源,其功率-MOSFET也不容易内置在GreenChipTM器件上,所以不得不外接功率-MOSFET。
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