使用无损耗过零点检测功能提高智能家居和智能建筑(HBA)应用中的AC输入开关效率和可靠性
时间:2021-10-26 11:27来源:
摘要:在越来越多的应用中,对导通和关断AC输入电源的器件的性能进行优化是一个重要考虑因素,这些应用包括智能家居智能建筑(HBA)、支持物联网(I
在越来越多的应用中,对导通和关断AC输入电源的器件的性能进行优化是一个重要考虑因素,这些应用包括智能家居/智能建筑(HBA)、支持物联网(IoT)的家电、智能开关和插头、调光器和人体感应传感器,特别适用于采用继电器或可控硅进行功率控制的设计。当AC电源异步导通或关断而不考虑其所处的电压时,效率和可靠性会受到不利影响,必须添加电路以保护开关免受高瞬态电流的影响。
当AC电源异步导通时,浪涌电流可能超过100A。反复暴露于高浪涌电流会对继电器和可控硅的可靠性和使用寿命产生负面影响。电触点的预期寿命因浪涌电流需求而缩短,通常限于10万次操作,尽管机械寿命可能是100万次、1000万次,甚至1亿次。考虑到可控硅,当控制呈现低初始阻抗的负载时,也可能发生渐进式栅极退化。在这两种情况下,最大限度地减少或消除浪涌电流有助于延长预期寿命和提高可靠性。
对于继电器,如果在输入电压正弦波处于周期的高点时断开(关断)器件,则触点上会产生电弧,从而腐蚀触点表面。使用半导体线路开关,可以通过在AC过零点设置关断来降低开关损耗。这也将通过消除电弧来降低器件应力,并且无需浪涌限制电路。
可以采用分立电路来检测交流输入的过零点,以控制主功率器件的接入和断开切换,从而降低开关损耗和浪涌电流。这种方法效率更高,但需要额外的元件,占用宝贵的电路板空间,而且仍有损耗,在某些情况下几乎会消耗一半的待机功率预算。
最佳过零点检测方案
为了解决上述难题,Power Integrations的LinkSwitch-TNZ离线式开关IC将725V功率MOSFET开关、电源控制器和无损耗过零点检测器(ZCD)集成到了同一个封装内。使用LinkSwitch-TNZ产品系列可设计出具有高效率、低待机功耗、最少元件数和AC过零点检测功能的AC/DC电源。
LinkSwitch-TNZ IC的ZCD产生一个输出信号,然后发送到微控制器并控制功率开关继电器或可控硅,确保器件每次都能在过零点导通和关断。ZCD信号逻辑跟随AC输入,信号每半个周期在过零点切换一次(见图1)。LinkSwitch-TNZ器件的功耗低于5mW,符合零功耗标准。与典型的分立式ZCD方案中50至90mW的功耗相比,这非常具有优势。
图1:ZCD信号逻辑跟随AC输入,信号每半个周期
在零电压切换一次
LinkSwitch-TNZ降压或反激式变换器的开关频率为66kHz,有助于缩减电感和输出电容的尺寸和成本,并允许在降压方案中使用市售现成的低成本电感。频率调制技术可降低电磁干扰,从而简化滤波电路。该器件具有完善的安全保护特性,可在出现输入和输出过压故障、器件过温故障、电压失调以及电源输出过载或短路故障时保护器件及整个系统。
LinkSwitch-TNZ IC可将待机功耗降低60%,待机模式下消耗的电流不到100μA,从而使电源设计轻松符合全球性的空载和待机功耗标准。使用这种高度集成的器件系列,元件数量可以减少40%以上,具有比分立方案更大的适用性。
该器件系列支持反激、降压和降压-升压拓扑结构,并且包括具有和不具有集成X电容放电功能的器件。在大型系统中用作辅助电源时,X电容放电功能可消除永久接入的泄放电阻,进一步降低待机功耗。LinkSwitch-TNZ器件适用于所有常见的拓扑结构,无论是否采用基于光耦的反馈。
非隔离降压式变换器
图2所示为非隔离降压式变换器中LinkSwitch-TNZ器件的典型输出电流,器件在默认电流点及散热充分的条件下工作,输出电流范围为63mA至575mA。工作模式主要为非连续导通模式(MDCM)和连续导通模式(CCM)。
图2:在LinkSwitch-TNZ元件型号中,x = 0表示仅具有过零点检测功能的器件,
x = 1表示同时具有过零点检测功能和X电容放电功能的器件
在MDCM和CCM工作模式之间进行选择
在MDCM和CCM工作模式之间进行选择时,设计者应该选择LinkSwitch-TNZ器件、续流二极管和输出电感,以实现最低的整体解决方案成本,同时提供足够的功率。通常,MDCM可提供成本最低、效率最高的变换器。所有CCM设计都需要使用更大的电感和超快速(最大值为tRR 35ns)续流二极管。
隔离反激式变换器
反激式设计中的最大实际连续输出功率如图3所示。
图3:LinkSwitch-TNZ在不同输入电压下可以提供的最大实际连续输出功率
在反激式设计中,LinkSwitch-TNZ可以提供超过80%的高效功率变换。此外,使用开/关控制可实现极低的轻载功耗,可以使更多的功能(例如显示器、无线连接、传感器等)在系统待机时处于激活状态。
用于启动项目的评估板
为帮助设计者加速项目,Power Integrations为LinkSwitch-TNZ IC产品系列提供了一系列评估板,包括0.5W和2.5W非隔离降压式变换器以及6W和10W隔离反激式设计。所有这些都包括无损耗ZCD功能,10W反激式评估板还包括X电容放电功能。可用评估板的实例包括:
· 0.5W的DER-874 – 非隔离降压变换器,具有6V/80mA输出;<200μA的待机输入电流;<20mW的空载输入功率
· 2.5W的RDK-866 – 非隔离降压式变换器,具有5V/500mA输出;音频噪声极低(<10dB);<50mW的空载输入功率
· 6W的RDK-877 – 隔离反激式变换器,具有12V/0.5A输出;<30mW的空载输入功率;带载效率符合DoE6和欧盟CoC v5标准
· 10W的DER-879 – 隔离反激式变换器,具有12V/0.75A和5V/0.2A输出;<30mW空载输入功率;符合所有现有和拟议的能效标准,包括ErP;具有X电容放电功能
这些低元件数的评估板都支持90V至305V的交流输入电压范围,并且符合EN55022和CISPR-22 Class B传导EMI限制。
总结
在越来越多的应用中,对AC主电源的高效导通和关断是一个重要考虑因素,特别是采用继电器或可控硅进行功率控制的设计。反复暴露于由不同步开关造成的高应力下,会对继电器和可控硅的可靠性和使用寿命产生负面影响。在这两种情况下,AC输入过零点检测可用于控制主功率器件的接入和关断切换,以降低工作压力并有助于延长预期寿命和提高可靠性。
设计者可以选用Power Integrations的LinkSwitch-TNZ,以提高可靠性,并在具有集成无损耗AC过零点检测和X电容放电功能的应用中将待机功耗降低60%。使用LinkSwitch-TNZ产品系列可设计出具有出色的轻载效率、低待机功耗、最少元件数和AC过零点检测功能的0.5W至18W AC/DC电源。
当AC电源异步导通时,浪涌电流可能超过100A。反复暴露于高浪涌电流会对继电器和可控硅的可靠性和使用寿命产生负面影响。电触点的预期寿命因浪涌电流需求而缩短,通常限于10万次操作,尽管机械寿命可能是100万次、1000万次,甚至1亿次。考虑到可控硅,当控制呈现低初始阻抗的负载时,也可能发生渐进式栅极退化。在这两种情况下,最大限度地减少或消除浪涌电流有助于延长预期寿命和提高可靠性。
对于继电器,如果在输入电压正弦波处于周期的高点时断开(关断)器件,则触点上会产生电弧,从而腐蚀触点表面。使用半导体线路开关,可以通过在AC过零点设置关断来降低开关损耗。这也将通过消除电弧来降低器件应力,并且无需浪涌限制电路。
可以采用分立电路来检测交流输入的过零点,以控制主功率器件的接入和断开切换,从而降低开关损耗和浪涌电流。这种方法效率更高,但需要额外的元件,占用宝贵的电路板空间,而且仍有损耗,在某些情况下几乎会消耗一半的待机功率预算。
最佳过零点检测方案
为了解决上述难题,Power Integrations的LinkSwitch-TNZ离线式开关IC将725V功率MOSFET开关、电源控制器和无损耗过零点检测器(ZCD)集成到了同一个封装内。使用LinkSwitch-TNZ产品系列可设计出具有高效率、低待机功耗、最少元件数和AC过零点检测功能的AC/DC电源。
LinkSwitch-TNZ IC的ZCD产生一个输出信号,然后发送到微控制器并控制功率开关继电器或可控硅,确保器件每次都能在过零点导通和关断。ZCD信号逻辑跟随AC输入,信号每半个周期在过零点切换一次(见图1)。LinkSwitch-TNZ器件的功耗低于5mW,符合零功耗标准。与典型的分立式ZCD方案中50至90mW的功耗相比,这非常具有优势。
图1:ZCD信号逻辑跟随AC输入,信号每半个周期
LinkSwitch-TNZ降压或反激式变换器的开关频率为66kHz,有助于缩减电感和输出电容的尺寸和成本,并允许在降压方案中使用市售现成的低成本电感。频率调制技术可降低电磁干扰,从而简化滤波电路。该器件具有完善的安全保护特性,可在出现输入和输出过压故障、器件过温故障、电压失调以及电源输出过载或短路故障时保护器件及整个系统。
LinkSwitch-TNZ IC可将待机功耗降低60%,待机模式下消耗的电流不到100μA,从而使电源设计轻松符合全球性的空载和待机功耗标准。使用这种高度集成的器件系列,元件数量可以减少40%以上,具有比分立方案更大的适用性。
该器件系列支持反激、降压和降压-升压拓扑结构,并且包括具有和不具有集成X电容放电功能的器件。在大型系统中用作辅助电源时,X电容放电功能可消除永久接入的泄放电阻,进一步降低待机功耗。LinkSwitch-TNZ器件适用于所有常见的拓扑结构,无论是否采用基于光耦的反馈。
非隔离降压式变换器
图2所示为非隔离降压式变换器中LinkSwitch-TNZ器件的典型输出电流,器件在默认电流点及散热充分的条件下工作,输出电流范围为63mA至575mA。工作模式主要为非连续导通模式(MDCM)和连续导通模式(CCM)。
图2:在LinkSwitch-TNZ元件型号中,x = 0表示仅具有过零点检测功能的器件,
在MDCM和CCM工作模式之间进行选择
在MDCM和CCM工作模式之间进行选择时,设计者应该选择LinkSwitch-TNZ器件、续流二极管和输出电感,以实现最低的整体解决方案成本,同时提供足够的功率。通常,MDCM可提供成本最低、效率最高的变换器。所有CCM设计都需要使用更大的电感和超快速(最大值为tRR 35ns)续流二极管。
隔离反激式变换器
反激式设计中的最大实际连续输出功率如图3所示。
图3:LinkSwitch-TNZ在不同输入电压下可以提供的最大实际连续输出功率
在反激式设计中,LinkSwitch-TNZ可以提供超过80%的高效功率变换。此外,使用开/关控制可实现极低的轻载功耗,可以使更多的功能(例如显示器、无线连接、传感器等)在系统待机时处于激活状态。
用于启动项目的评估板
为帮助设计者加速项目,Power Integrations为LinkSwitch-TNZ IC产品系列提供了一系列评估板,包括0.5W和2.5W非隔离降压式变换器以及6W和10W隔离反激式设计。所有这些都包括无损耗ZCD功能,10W反激式评估板还包括X电容放电功能。可用评估板的实例包括:
· 0.5W的DER-874 – 非隔离降压变换器,具有6V/80mA输出;<200μA的待机输入电流;<20mW的空载输入功率
· 2.5W的RDK-866 – 非隔离降压式变换器,具有5V/500mA输出;音频噪声极低(<10dB);<50mW的空载输入功率
· 6W的RDK-877 – 隔离反激式变换器,具有12V/0.5A输出;<30mW的空载输入功率;带载效率符合DoE6和欧盟CoC v5标准
· 10W的DER-879 – 隔离反激式变换器,具有12V/0.75A和5V/0.2A输出;<30mW空载输入功率;符合所有现有和拟议的能效标准,包括ErP;具有X电容放电功能
这些低元件数的评估板都支持90V至305V的交流输入电压范围,并且符合EN55022和CISPR-22 Class B传导EMI限制。
总结
在越来越多的应用中,对AC主电源的高效导通和关断是一个重要考虑因素,特别是采用继电器或可控硅进行功率控制的设计。反复暴露于由不同步开关造成的高应力下,会对继电器和可控硅的可靠性和使用寿命产生负面影响。在这两种情况下,AC输入过零点检测可用于控制主功率器件的接入和关断切换,以降低工作压力并有助于延长预期寿命和提高可靠性。
设计者可以选用Power Integrations的LinkSwitch-TNZ,以提高可靠性,并在具有集成无损耗AC过零点检测和X电容放电功能的应用中将待机功耗降低60%。使用LinkSwitch-TNZ产品系列可设计出具有出色的轻载效率、低待机功耗、最少元件数和AC过零点检测功能的0.5W至18W AC/DC电源。
免责声明:本文若是转载新闻稿,转载此文目的是在于传递更多的信息,版权归原作者所有。文章所用文字、图片、视频等素材如涉及作品版权问题,请联系本网编辑予以删除。
我要投稿
近期活动
- 安森美汽车&能源基础设施白皮书下载活动时间:2024年04月01日 - 2024年10月31日[立即参与]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年09月01日 - 2023年09月30日[查看回顾]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年08月01日 - 2023年08月31日[查看回顾]
- 【在线答题活动】PI 智能家居热门产品,带您领略科技智慧家庭时间:2023年06月15日 - 2023年07月15日[查看回顾]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年06月01日 - 2023年06月30日[查看回顾]
分类排行榜
- 汽车电子电源行业可靠性要求,你了解多少?
- 内置可编程模拟功能的新型 Renesas Synergy™ 低功耗 S1JA 微控制器
- Vishay 推出高集成度且符合 IrDA® 标准的红外收发器模块
- ROHM 发布全新车载升降压电源芯片组
- 艾迈斯半导体推出行业超薄的接近/颜色传感器模块,助力实现无边框智能手机设计
- 艾迈斯半导体与 Qualcomm Technologies 集中工程优势开发适用于手机 3D 应用的主动式立体视觉解决方案
- 维谛技术(Vertiv)同时亮相南北两大高端峰会,精彩亮点不容错过
- 缤特力推出全新商务系列耳机 助力解决开放式办公的噪音难题
- CISSOID 和泰科天润(GPT)达成战略合作协议,携手推动碳化硅功率器件的广泛应用
- 瑞萨电子推出 R-Car E3 SoC,为汽车大显示屏仪表盘带来高端3D 图形处理性能
编辑推荐
小型化和稳定性如何兼得?ROHM 推出超小型高输出线性 LED 驱动器 IC,为插座型 LED 驱动 IC 装上一颗强有力的 “心脏”
众所周知,LED的驱动IC担负着在输入电压不稳定的情况下,为LED提供恒定的电流,并控制恒定(可调)亮度的作用。无论是室内照明,还是车载应用,都肩负着极为重要的使命。
- 关于反激电源效率的一个疑问
时间:2022-07-12 浏览量:10144
- 面对热拔插阐述的瞬间大电流怎么解决
时间:2022-07-11 浏览量:8909
- PFC电路对N线进行电压采样的目的是什么
时间:2022-07-08 浏览量:9547
- RCD中的C对反激稳定性有何影响
时间:2022-07-07 浏览量:7169
- 36W单反激 传导7~10M 热机5分钟后超标 不知道哪里出了问题
时间:2022-07-07 浏览量:5945
- PFC电感计算
时间:2022-07-06 浏览量:4156
- 多相同步BUCK
时间:2010-10-03 浏览量:37859
- 大家来讨论 系列之二:开机浪涌电流究竟多大?
时间:2016-01-12 浏览量:43153
- 目前世界超NB的65W适配器
时间:2016-09-28 浏览量:60016
- 精讲双管正激电源
时间:2016-11-25 浏览量:128061
- 利用ANSYS Maxwell深入探究软磁体之----电感变压器
时间:2016-09-20 浏览量:107541
- 【文原创】认真的写了一篇基于SG3525的推挽,附有详细..
时间:2015-08-27 浏览量:100260