高温环境下的家用绿色电源设计方案.doc

能源消耗的结果远不止于电量的使用。其他必须考虑的因素包括材料和资源的使用、废弃物的产生以及环境污染物的排放。据估计,与产品相关的所有环境影响的80%以上都由产品的设计阶段决定(1)。正是在此背景下,欧盟委员发布了生态设计指令,以确保在欧洲销售的所有用能产品(EuP)在最初设计时都能将环境影响降至最小。值得一提的是,生态设计指令致力于降低产品整个生命周期内的能耗水平。对于家用电器中的辅助电源,可适用EuPLot6要求(见表1)。为说明如何能在经济性上满足EuPLot6要求,PowerIntegratiONs已针对厨房电器应用设计出了两款具有成本效益的电源,可实现下述目标:低系统BOM成本;为微控制器和数字逻辑提供精确的输出电压;在极端工作条件下具有高可靠性:Ta=85℃/105℃,湿度85%;易于设计:缩短上市时间,降低开发成本;满足国际标准:EMI、安全及能效。第一个电源应用可在0℃到105℃的工作环境下以175至265VAC输入电压提供9V,250mA的隔离式输出。具体应用信息在设计工程报告DER-214(2)中有详细介绍,电路图如下面图1所示。该设计基于PowerIntegrations的LinkSwitch-CV系列产品LNK623PG器件设计而成(3)。该器件集成有一个700VMOSFET和制作开关电源所需的所有控制及保护电路。LinkSwitch器件的特有功能之一是,它可以对输出电压调节提供初级侧控制。确保5%电压控制的反馈功能由变压器内的偏置绕组(引脚4-5)提供。初级侧控制技术可以省去反馈及控制环路补偿电路,因此能大幅降低BOM成本和提高整体可靠性。在图2中,因采用初级控制技术而省去的元件以红色突出显示。图1所示的电路采用了反激式拓扑结构。来自AC市电经整流的DC电压,由U1中的高压MOSFET通过变压器T1的初级侧进行开关。在每次OFF转换时,T1中的崩溃磁场将能源转移到次级(引脚8-10),经整流会产生稳定的DC输出电压。针对FB引脚中出现的电压变化,U1内的ON/OFF控制电路可提供调节功能。FB引脚的电压与偏置绕组(引脚4-5)上的电压成正比,同理,也与主输出绕组(引脚8-10)上的电压成正比。当FB电压持续低于指定电压水平VFBTH()时,U1将连续开关,可将最大能量转移到输出。这样会造成输出电压升高,因此FB引脚电压也随之升高。当FB电压超过VFBTH时,后续开关周期将被禁止,直至电压下降。通过调节使能开关周期与禁止开关周期的比例(如图3所示),U1可维持±5%的电压调节率。在轻载条件下,还会降低MOSFET电流限流点以减小变压器磁通密度,从而防止音频噪声的产生。 ON/OFF控制技术在满足严格的能效规范方面具有显著优势,例如EuPLot6要求。上面提到的9V电源在满载时通常可实现70%的效率,并且在整个宽负载范围内均可维持这一效率水平。PWM电源正好与此相反,其效率往往随负载的增大而减小。对于待机负载(Io=25mA),输入功率仅为115mW,230VAC,可轻松满足严格的EuPLot6要求。如果分别添加一个二极管、电容和电阻,从变压器偏置绕组为U1提供内部功率,那么待机功耗甚至会更低。厨房电器应用的一项重要考虑因素就是安全及可靠性。在高温和潮湿的环境下,随着时间的推移,元件表面会积累起厚厚的污染物。这容