实现更高击穿电压和更低待机电流的离线辅助电源

对能源效率的需求现在正在影响自动化的所有领域。这包括家庭中的白色家电，它们是在家庭自动化与今天具有完全不同的含义的时候构思出来的。几十年前，当我们开始依赖这些设备时，能源的财务和环境成本比消费者的便利性更重要，但这种不平衡最近发生了变化，现在正在得到解决。

尽管尽了最大努力，但许多家用白色家电因其功能性而始终需要大量能源，其中包括加热水或空气（水壶、烤箱、淋浴、洗衣机）、冷却空气或其他流体（冰箱）、对流的组合（用于烤面包机和烤箱）或一般运动（洗衣机/干衣机和真空吸尘器中的电动机）。在消费环境中，这些设备需要大约 kW 的能量，并且代表了房主的最大电力成本。

除此之外，越来越多的消费设备正在提供越来越复杂的控制功能或用户界面。这些本质上是低功耗应用，例如传感器、显示器和触敏面板。使用设计用于提供高水平电流的相同电源为这些辅助功能供电在本质上是低效的，特别是如果它们是在不使用主要功率密集型功能时需要可用的功能。这引起了对辅助离线电源的需求，这些电源可以从交流电源提供相对较低的低于 40W（通常）的直流电源。

这里的一个主要目标是在待机期间提供尽可能高效的电力。为实现这一目标，需要以最具成本、空间和能源效率的方式实施电源。

产品设计工程师还需要考虑白色家电的安全要求。就电源而言，这通常需要隔离解决方案，但在某些情况下，相关规范要求的电气隔离级别可以通过物理设计来提供。因此，针对低功率辅助离线电源应用领域的隔离式和非隔离式低功率 SMPS 解决方案的需求不断增长。 

完全集成的解决方案

更高集成度和更稳健的半导体制造工艺的总体趋势使设备制造商能够开发用于离线电源转换的单芯片解决方案。通过将开关 MOSFET 和控制电路集成到单个设备中，现在可以更轻松地设计具有更高功率密度水平的开关模式电源，以提供可部署在白色家电多个区域的辅助电源，并针对辅助功能所需的电量，例如提到的那些。

辅助电源所需的功率因应用和功能而异，从小于 1W 到高达 70W。安森美半导体在为该应用领域开发解决方案方面有着悠久的历史，拥有广泛且不断增长的设备组合。

随着对超低功率辅助电源需求的增加，安森美半导体最近推出了 NCP1067x 系列高压开关，该系列专为低功率离线开关模式电源而开发，可以是非隔离（图 1）或隔离（图 2) 按设计。它在 SOIC7 封装中提供了一个完全集成的控制器和功率 MOSFET，使其非常小。

图 1：典型的非隔离应用（降压转换器）

图 2：典型隔离应用（反激式转换器）

当 NCP1067x 在固定频率模式下运行时，它会在负载下降时自动进入待机模式，以降低功耗，它使用跳周期操作。尽管该器件采用自供电设计，这意味着它不需要变压器上的辅助绕组，但如果辅助绕组可用，则可用于启用自动恢复过压保护功能。输出短路保护的自动恢复也是通过基于时间的检测来实现的。

由于采用安森美半导体的超高压技术，NCP1067x 具有集成的 700V 功率 MOSFET，R DS(on)低至 12Ω。在连接到 230V AC 的开放式框架配置中，开发人员可以实现能够提供 15.5W 的电源。为了改善 EMI，NCP1067x 通过将 ±6% 的变化引入标称开关频率来采用频率抖动。用于应用抖动的扫描锯齿波形由设备内部生成。在非隔离设计中，使用反馈引脚，将一小部分输出电压施加到集成跨导放大器。

对更高击穿电压的需求不断上升

辅助电源设计的另一个关键趋势是对功率 MOSFET 或 BV DS两端的更高击穿电压的需求。一般来说，这与晶体管的物理尺寸有关，这意味着更大的击穿电压需要更大的晶体管。在许多情况下，这将导致解决方案对于大多数目标应用来说太大且太昂贵。

对于大多数具有集成 MOSFET 的 SMPS 开关，所使用的技术是平面技术。为了满足市场对尺寸和成本的限制，这导致了 BV DS为 700V 的设备。然而，更高的 BV DS将提供更好的保护以防止电源浪涌和电压尖峰，从而产生更强大的最终产品。出于这个原因，为切换台提供更高 BV DS 的背后有越来越大的动力，这些 BV DS仍然可以提供低成本、小 BoM 解决方案。

对此，安森美半导体开发了一种开关模块，该模块将 SMPS 控制器与使用其 SUPERFET ® 2 超级结技术构建的功率 MOSFET 集成在一起，以创建一个模块，该模块可提供800V的 BV DS，但仍可采用塑料制造双列直插式封装。这一革命性的产品系列率先为制造商提供了可行的解决方案，以提高产品性能，同时仍满足市场的商业需求。

FSL5x8 电流模式开关系列采用 PDIP-7 封装，包括一个 PWM 控制器和 SUPERFET 2 功率 MOSFET。通常，要实现 800V 的击穿电压需要使用控制器和单独的分立 MOSFET，但由于安森美半导体的 SUPERFET 2 技术，该公司能够将两种器件集成到一个小型封装中。

这使设计人员能够使用可用于隔离（图 3）和非隔离（图 4）反激式设计的单个器件来解决低功率离线辅助电源设计的高端问题，大约 40W。

图 3：隔离式光耦合器反馈（使能线路检测）

图 4：非隔离直接反馈（禁用线路检测）

在 NCP1067x 和 FSL5x8 产品中添加用作比较器的跨导放大器，使设计人员可以更轻松地开发非隔离反激式电源，从而优化可用的电路板空间并最小化 BoM。

由于绝大多数低功耗离线 PSU 都在反激模式下运行，因此安森美半导体电源解决方案组合中的这两款新增产品通过更高的集成度带来了更高的性能和可靠性，从而带来更高的功率密度和更低的 BoM成本。

虽然所有非隔离式 PSU 设计在其可提供的功率量方面都受到限制，但此处概述的发展表明，可以设计出一款针对低功率离线 PSU 应用领域的低端和高端应用的切换器，用于辅助 PSU。由于非隔离反激式转换器通常比隔离变体更高效，因此运营成本也将实现。

使用辅助离线 PSU 的主要目的是减少最终产品使用的待机电流。通过选择针对应用优化的高度集成器件，开发人员现在可以以更低的电路板空间和最低的 BoM 成本实现这一目标。

审核编辑：刘清