提(ti)電(dian)源模組(zu)可(ke)靠度(du)　低(di)功(gong)率返馳式PWM IC建(jian)功(gong)

返馳式(Flyback)架(jia)構(gou)的電(dian)源轉(zhuan)換器基於線路(lu)簡單(dan)、零件(jian)少(shao)等優(you)點，在小(xiao)瓦特(te)(W)數(shu)的電(dian)源轉(zhuan)換器上(shang)被采(cai)用，尤(you)其是(shi)低(di)功(gong)率交流(liu)對(dui)直(zhi)流(liu)(AC-DC)返馳式脈(mai)沖(chong)寬度(du)調變(PWM)IC具(ju)應用前(qian)景(jing)。
成本(ben)考(kao)量(liang)擺　六接腳(jiao)PWM IC封裝(zhuang)成主(zhu)流(liu)

圖(tu)1所示(shi)為(wei)返馳式PWM IC的應用線路(lu)，其中(zhong)，圖(tu)1a是使(shi)用壓(ya)啟動(dong)的PWM IC；圖(tu)1b則是(shi)使用低(di)壓(ya)啟動(dong)的PWM IC。　

圖(tu)1 返馳式PWM IC應用線路(lu)示(shi)意(yi)圖(tu)

兩(liang)者(zhe)主要差(cha)異為(wei)壓(ya)啟動(dong)的PWM IC將整(zheng)流(liu)過後(hou)的直(zhi)流(liu)壓(ya)接至(zhi)HV接腳(jiao)，再藉由HV接腳(jiao)以(yi)定電(dian)流(liu)的方式對(dui)Vcc接腳(jiao)上(shang)的電(dian)容充電(dian)，直(zhi)到IC啟動(dong)為(wei)止。　

而低(di)壓(ya)啟動(dong)PWM IC則從(cong)交流(liu)輸(shu)入(ru)(AC Line)端(duan)透(tou)過(guo)啟(qi)動(dong)電(dian)阻(zu)對(dui)Vcc接腳(jiao)上(shang)的電(dian)容充電(dian)讓IC工(gong)作。以(yi)圖(tu)1b為(wei)例，線路(lu)上主(zhu)要可(ke)區(qu)分(fen)為(wei)幾(ji)個(ge)部分(fen)，是由(you)開(kai)關(guan)晶體、變壓(ya)器和整(zheng)流(liu)二體(ti)組(zu)成返馳式架(jia)構(gou)，另外由(you)TL431和光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)組(zu)成二(er)次(ci)側(ce)電(dian)壓(ya)回授，後是由(you)PWM IC及(ji)周(zhou)邊零件(jian)構(gou)成的部分(fen)。　

值(zhi)得(de)提(ti)的是，在5～70瓦(W)的應用中(zhong)，返馳式PWM IC目(mu)前(qian)常(chang)用的封裝(zhuang)有(you)八接腳(jiao)的SOP8與DIP8，以(yi)及(ji)六接腳(jiao)的SOT26。以(yi)通嘉科技產(chan)品為(wei)例，如(ru)圖(tu)2所示(shi)是(shi)八接腳(jiao)反(fan)馳式PWM IC的腳(jiao)位(wei)圖(tu)，其主(zhu)要以(yi)壓(ya)啟動(dong)為(wei)主，接腳(jiao)功(gong)能包括HV接腳(jiao)接至(zhi)AC整(zheng)流(liu)後端(duan)，提(ti)供(gong)IC開(kai)機(ji)前(qian)的啟動(dong)電(dian)流(liu)，在IC工(gong)作後(hou)，即(ji)停(ting)止啟動(dong)電(dian)流(liu)的輸(shu)出(chu)；NC接腳(jiao)則(ze)無作用，主(zhu)要是(shi)增加HV接腳(jiao)與其他(ta)低(di)壓(ya)接腳(jiao)的距(ju)離(li)。　

圖(tu)2 SOP8/DIP8 PWM IC接腳(jiao)說(shuo)明圖(tu)

此外(wai)，Vcc接腳(jiao)提(ti)供(gong)IC的工作電(dian)源，在(zai)啟動(dong)前(qian)由(you)HV接腳(jiao)提(ti)供(gong)啟(qi)動(dong)電(dian)流(liu)，當啟(qi)動(dong)後改由變壓(ya)器的輔助(zhu)繞圈提(ti)供(gong)；OUT接腳(jiao)為(wei)輸(shu)出(chu)驅(qu)動(dong)開(kai)關(guan)電(dian)晶體的PWM波形；CS接腳(jiao)負責(ze)開(kai)關(guan)晶體的電(dian)流(liu)偵側(ce)；補償(chang)接腳(jiao)(COMP)做回授補償用；GND接腳(jiao)做為(wei)IC的地。　

其中(zhong)接腳(jiao)提(ti)供(gong)可(ke)選擇的特別功(gong)能，它的特別功(gong)能大(da)致(zhi)上(shang)有(you)下(xia)列(lie)幾(ji)種：RT提(ti)供(gong)可(ke)調整(zheng)的工作頻率(lv)；CT提(ti)供(gong)可(ke)調整(zheng)的過負載保(bao)護(hu)延(yan)遲(chi)(OLP Delay)時(shi)間(jian)；BNO提(ti)供(gong)可(ke)調整(zheng)的開(kai)關(guan)機(ji)電(dian)壓(ya)；Latch用來做外(wai)部(bu)過(guo)溫保(bao)護(hu)(OTP)或(huo)其他(ta)保(bao)護(hu)功(gong)能。　

另方面(mian)，圖(tu)3是六接腳(jiao)返馳式PWM IC的腳(jiao)位(wei)圖(tu)，它與八接腳(jiao)封裝(zhuang)主(zhu)要的差異是在(zai)HV接腳(jiao)與NC接腳(jiao)，其他(ta)功(gong)能腳(jiao)位(wei)則與八接腳(jiao)包(bao)裝(zhuang)的幾(ji)乎(hu)相同。由(you)於(yu)各(ge)家(jia)廠商都(dou)不(bu)斷(duan)的在做降低(di)成本(ben)(Cost Down)的動(dong)作，SOT26的封裝(zhuang)價(jia)格比SOP8低大(da)約三到(dao)五(wu)成，使(shi)得(de)SOT26包裝(zhuang)的PWM IC有(you)逐(zhu)漸成為(wei)市場(chang)主流(liu)的趨勢。目前(qian)各(ge)家IC設計公(gong)司(si)都(dou)開(kai)發(fa)功(gong)能強且價(jia)格便(bian)宜(yi)的新(xin)產(chan)品，讓(rang)電(dian)源設(she)計工(gong)程(cheng)師們可(ke)以(yi)又(you)設(she)計出(chu)規格的產(chan)品。　

圖(tu)3 SOT26 PWM IC接腳(jiao)說(shuo)明圖(tu)

低壓(ya)啟動(dong)優勢顯　六接腳(jiao)封裝(zhuang)效(xiao)益多(duo)

以(yi)六接腳(jiao)SOT26封裝(zhuang)PWM IC而(er)言(yan)，未(wei)來應用發(fa)展(zhan)前(qian)景(jing)片(pian)光明，包括可應用於(yu)低(di)的Vcc啟動(dong)電(dian)流(liu)(Startup Current)與工作電(dian)流(liu)，如圖(tu)4所示(shi)是(shi)般(ban)低(di)壓(ya)啟動(dong)的線路(lu)，在Vcc接腳(jiao)電(dian)壓(ya)低於IC啟(qi)動(dong)電(dian)壓(ya)觸發點(UVLO_on)時，IC本(ben)身就(jiu)會(hui)有(you)內(nei)部(bu)邏(luo)輯消(xiao)耗(hao)的電(dian)流(liu)，般在(zai)IC規格上稱為(wei)啟動(dong)電(dian)流(liu)。而啟(qi)動(dong)時間(jian)大(da)約可以(yi)用下(xia)式(shi)計算(suan)得(de)知。　

圖(tu)4 低電(dian)壓(ya)PWM IC啟動(dong)線路(lu)示(shi)意(yi)圖(tu)





…(公式(shi)1)


其中(zhong)，VUVLO(on)為(wei)Vcc的啟動(dong)電(dian)壓(ya)觸發點；Vac為(wei)輸(shu)入(ru)的交流(liu)電(dian)壓(ya)；Istartup系(xi)IC Vcc的啟動(dong)電(dian)流(liu)。而Cvcc則(ze)是Vcc接腳(jiao)上(shang)的電(dian)容器(qi)容量(liang)；Rstart為(wei)啟動(dong)電(dian)阻(zu)。　

由於(yu)低(di)壓(ya)啟動(dong)IC的啟動(dong)電(dian)流(liu)對(dui)開(kai)機(ji)的時間(jian)影(ying)響很(hen)大(da)，從(cong)公(gong)式(shi)1可(ke)得(de)知在使(shi)用相同的啟動(dong)電(dian)阻(zu)與Vcc電(dian)容器(qi)的前(qian)提(ti)下(xia)，當啟(qi)動(dong)電(dian)流(liu)越(yue)小(xiao)時，啟動(dong)時間(jian)也會(hui)較小(xiao)；換句話(hua)說，若(ruo)啟(qi)動(dong)時間(jian)要求相同時(shi)，較(jiao)小(xiao)的啟動(dong)電(dian)流(liu)則可(ke)使用大(da)的啟動(dong)電(dian)阻(zu)，而較(jiao)大(da)的啟動(dong)電(dian)阻(zu)其功(gong)率損耗(hao)也較(jiao)小，可(ke)獲得(de)低的無載或是(shi)輕(qing)載(zai)輸(shu)入(ru)功(gong)率。　

除啟(qi)動(dong)電(dian)流(liu)外，IC的工作電(dian)流(liu)也對(dui)輕(qing)載(zai)與無載時的效(xiao)率影(ying)響很(hen)大(da)，目(mu)前(qian)很(hen)多(duo)規格都(dou)有(you)待機(ji)功(gong)耗(hao)的要求，所以(yi)省電(dian)IC是必(bi)要的，但(dan)IC要達(da)到(dao)小(xiao)的電(dian)流(liu)損耗(hao)則帶(dai)來設計的考驗。以(yi)通嘉科技的PWM IC來說，都(dou)具(ju)有(you)小(xiao)的啟動(dong)電(dian)流(liu)與工作電(dian)流(liu)，在啟(qi)動(dong)時間(jian)與無載/輕(qing)載(zai)效(xiao)率表(biao)現。　

與此同時(shi)，由(you)於(yu)SOT26的封裝(zhuang)只(zhi)有(you)六個(ge)腳(jiao)位(wei)，除般(ban)常(chang)用的固定腳(jiao)位(wei)外，若(ruo)想要增(zeng)加其他(ta)的功(gong)能，已無(wu)其他(ta)腳(jiao)位(wei)可以(yi)使(shi)用。此(ci)時(shi)若想要使(shi)IC有(you)多(duo)功(gong)能，則可(ke)利(li)用個(ge)腳(jiao)位(wei)兼納多(duo)功(gong)能的方式完成，以(yi)增(zeng)加(jia)整(zheng)個(ge)IC功(gong)能。　

目前(qian)通嘉已有(you)開(kai)發(fa)類(lei)似的IC，例如CS接腳(jiao)與補償接腳(jiao)功(gong)能共用腳(jiao)位(wei)，如此(ci)即(ji)可(ke)省下(xia)個(ge)空(kong)腳(jiao)位(wei)做其他(ta)應用；另外在(zai)功(gong)能腳(jiao)位(wei)上與過溫保(bao)護(hu)功(gong)能共用同腳(jiao)位(wei)，形成所謂的復合(he)功(gong)能腳(jiao)位(wei)，可達(da)到(dao)六接腳(jiao) IC同時(shi)具(ju)有(you)此(ci)兩(liang)大(da)功(gong)能的效(xiao)果。

精(jing)簡(jian)線路(lu)復雜(za)度(du)/成本(ben)　PWM IC導(dao)入(ru)OCP/OVP　　

至(zhi)於(yu)電(dian)源供(gong)應器(qi)為(wei)預(yu)防在不正常工(gong)作下過(guo)熱(re)，通常(chang)會(hui)規定要有(you)過(guo)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)(OCP)的規格。如圖(tu)5所示(shi)，該功(gong)能通常(chang)在(zai)二次(ci)側(ce)上增(zeng)加(jia)過(guo)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)線路(lu)，不過(guo)這(zhe)樣(yang)會增加(jia)成本(ben)及(ji)線路(lu)復雜(za)度(du)。現(xian)在(zai)大(da)家(jia)逐(zhu)漸偏向(xiang)采(cai)用PWM IC本(ben)身(shen)的過電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)來完成這(zhe)項(xiang)規格要求(公(gong)式(shi)2)。　

圖(tu)5 二次(ci)側(ce)外加(jia)過(guo)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)線路(lu)示(shi)意(yi)圖(tu)



……………公式(shi)2


其中(zhong)，Lp變(bian)壓(ya)器感(gan)值(zhi)；Vcs_off為(wei)電(dian)流(liu)偵側(ce)電(dian)壓(ya)點；Rsense系(xi)電(dian)流(liu)偵側(ce)電(dian)阻(zu)；Fsw則是(shi)工作頻(pin)率(lv)。由(you)公式2可(ke)發(fa)現(xian)，對(dui)IC而言，影(ying)響過(guo)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)的主要參(can)數(shu)是(shi)工(gong)作(zuo)頻率和(he)電(dian)流(liu)偵側(ce)電(dian)壓(ya)，故若提(ti)升這(zhe)兩(liang)個(ge)參數(shu)的度(du)，相對(dui)也可縮小系(xi)統過(guo)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)的誤差。　

不過(guo)在(zai)IC設計而(er)言(yan)，若要提(ti)升度(du)，大(da)都(dou)使(shi)用微(wei)調(Trim)的方法，勢必也(ye)會增(zeng)加(jia)IC電(dian)路(lu)的復雜度(du)與成本(ben)。另由於(yu)現在(zai)電(dian)源皆(jie)須使用在(zai)範圍(Full Range)電(dian)壓(ya)輸(shu)入(ru)的操作，此時(shi)IC內部(bu)過(guo)電(dian)流(liu)補償(chang)的度(du)也(ye)會(hui)影(ying)響到(dao)過(guo)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)點的分(fen)布。值(zhi)得(de)慶幸的是，PWM IC過電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)已可(ke)達(da)到(dao)在(zai)120～15範圍內，市(shi)場(chang)需求。　

另方面(mian)，般傳(chuan)統電(dian)源若(ruo)須做到(dao)較(jiao)的過電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)(OVP)，如(ru)圖(tu)6所示(shi)，須(xu)在(zai)二(er)次(ci)側(ce)增加(jia)過(guo)電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)的線路(lu)。通常(chang)在(zai)做過(guo)電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)測(ce)試(shi)時(shi)，常見做法是(shi)將回授的光耦(ou)合(he)器(qi)二(er)次(ci)側(ce)端(duan)短(duan)路(lu)，此時(shi)若(ruo)將(jiang)二次(ci)側(ce)過電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)的線路(lu)接至(zhi)此(ci)處，會造成過(guo)電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)失(shi)效(xiao)的情形(xing)。所以(yi)，通常(chang)使(shi)用二(er)次(ci)側(ce)過電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)線路(lu)時會(hui)增(zeng)加(jia)另個(ge)光耦(ou)合(he)器(qi)去做過(guo)電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)。同樣(yang)的，該做法也(ye)會增(zeng)加線路(lu)的復雜度(du)與成本(ben)。　

圖(tu)6 二次(ci)側(ce)外加(jia)過(guo)電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)線路(lu)示(shi)意(yi)圖(tu)

此外(wai)，有(you)時(shi)也(ye)會(hui)利(li)用IC Vcc接腳(jiao)上(shang)的過電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)功(gong)能達(da)成電(dian)源供(gong)應器(qi)保(bao)護(hu)動(dong)作，如(ru)圖(tu)7所示(shi)，該方案主要是(shi)利(li)用輔助(zhu)繞組(zu)整(zheng)流(liu)後，供(gong)給Vcc的電(dian)壓(ya)去做過(guo)電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)，但(dan)此種(zhong)做法在(zai)輸(shu)出(chu)輕(qing)載(zai)與重載時，過(guo)電(dian)壓(ya)的保(bao)護(hu)點會有(you)差(cha)異。特別是在輕(qing)載(zai)時(shi)的OVP電(dian)壓(ya)會比在重(zhong)載(zai)時出許(xu)多(duo)，還(hai)有(you)個(ge)問題(ti)則(ze)是變壓(ya)器與輔助(zhu)繞組(zu)的整(zheng)流(liu)二體(ti)的參數(shu)特(te)皆(jie)會(hui)影(ying)響到(dao)過(guo)電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)的電(dian)壓(ya)點，使用時(shi)須(xu)註(zhu)意(yi)。　

圖(tu)7 利(li)用IC Vcc做過(guo)電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)

因(yin)此，要靠(kao)PWM IC來實(shi)現(xian)輸(shu)出(chu)過(guo)電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)功(gong)能，來簡化電(dian)源電(dian)路(lu)的設計，已有(you)廠(chang)商提(ti)出(chu)相關，並應用在(zai)新(xin)產(chan)品當中(zhong)，強化PWM IC的競爭力(li)。顯而(er)易(yi)見(jian)，的PWM IC除了以(yi)外(wai)，也(ye)須(xu)提(ti)升其他(ta)的相關功(gong)能表(biao)現，如(ru)過電(dian)壓(ya)保(bao)護(hu)及(ji)過(guo)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)等。　

優化PSR線路(lu)布局(ju)　減(jian)少(shao)設計占(zhan)位(wei)空(kong)間(jian)

若針(zhen)對(dui)市場(chang)應用來看(kan)，現(xian)在(zai)有(you)很(hen)多(duo)小型(xing)充電(dian)器(Charger)或(huo)發光二體(LED)照明產(chan)品，由(you)於(yu)空(kong)間(jian)上的，常會使用次(ci)側(ce)電(dian)壓(ya)回授穩(wen)壓(ya)，如圖(tu)8所示(shi)為(wei)通嘉LD7511次(ci)側(ce)電(dian)壓(ya)回授穩(wen)壓(ya)線路(lu)圖(tu)，該架構主要的好處是可(ke)以(yi)省掉(diao)光耦(ou)合(he)器(qi)與二次(ci)側(ce)TL431的相關元(yuan)件(jian)，大(da)幅(fu)簡化整(zheng)個(ge)電(dian)源線路(lu)，藉以(yi)節(jie)省設(she)計空(kong)間(jian)及(ji)成本(ben)。　

圖(tu)8 次(ci)側(ce)回授線路(lu)示(shi)意(yi)圖(tu)

不過(guo)使(shi)用次(ci)側(ce)電(dian)壓(ya)回授穩(wen)壓(ya)還(hai)是存(cun)在著(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)，像是不(bu)同變(bian)壓(ya)器的誤差或是(shi)不同二(er)次(ci)側(ce)整(zheng)流(liu)二體(ti)的特，還(hai)有(you)開(kai)關(guan)造成的電(dian)壓(ya)突(tu)波(bo)等，都(dou)會(hui)影(ying)響到(dao)電(dian)壓(ya)調節度(du)。其次(ci)它的暫態(tai)響應也(ye)比傳(chuan)統二(er)次(ci)側(ce)電(dian)壓(ya)回授來得(de)差，也是(shi)須加強改進(jin)的缺(que)點。　

大(da)負載/ESD需求　PWM IC設(she)計小(xiao)心(xin)翼翼　

另外，的PWM IC也須關註(zhu)瞬(shun)間(jian)大(da)負載(Peak Load)的需求，舉(ju)例(li)來說，早(zao)期(qi)印(yin)表(biao)機(ji)電(dian)源皆(jie)有(you)瞬(shun)間(jian)大(da)負載的規格，且可能是(shi)額定負載(Rated Load)的二倍甚(shen)至(zhi)三(san)倍，時間(jian)可能(neng)從幾(ji)十毫秒(miao)(ms)至(zhi)幾(ji)百毫秒(miao)不(bu)等。隨(sui)著(zhe)筆記(ji)型電(dian)腦的發展(zhan)，近來筆電(dian)變壓(ya)器(Adaptor)也開(kai)始(shi)有(you)大(da)負載的需求，因(yin)此，在(zai)PWM IC設(she)計方(fang)面(mian)，目前(qian)常(chang)見的解(jie)決(jue)方案有(you)瞬(shun)間(jian)大(da)負載及(ji)兩(liang)段式(shi)過電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)兩(liang)種方(fang)式。　

前(qian)者(zhe)顧名(ming)思(si)義(yi)是(shi)在(zai)瞬間(jian)大(da)負載抽載時，將其切(qie)換頻率(lv)提(ti)升至(zhi)正常工(gong)作頻率(lv)的二倍或三(san)倍，優(you)點在於(yu)瞬間(jian)大(da)負載將工作頻(pin)率(lv)提(ti)時(shi)，可(ke)降低(di)變壓(ya)器次(ci)側(ce)的大(da)電(dian)流(liu)峰(feng)值(zhi)(Peak Current)，相對(dui)也降低(di)磁通密(mi)度(du)，使(shi)變(bian)壓(ya)器不易(yi)在大(da)負載時產(chan)生飽(bao)和(he)，如(ru)此(ci)來，即(ji)可(ke)維持(chi)原(yuan)先使用的變壓(ya)器，而達(da)到(dao)瞬(shun)間(jian)功(gong)率的輸(shu)出(chu)，且(qie)變(bian)壓(ya)器不必(bi)使用大(da)的瞬間(jian)功(gong)率來設計。　

圖(tu)9是補(bu)償接腳(jiao)電(dian)壓(ya)與工作頻率(lv)的曲線圖(tu)，當補(bu)償(chang)接腳(jiao)電(dian)壓(ya)大(da)於(yu)正常負載的電(dian)壓(ya)時，除過(guo)負載保(bao)護(hu)計時(shi)器(qi)(Timer)會開(kai)始(shi)計數(shu)外(wai)，工(gong)作(zuo)頻率也(ye)會隨(sui)著(zhe)補償(chang)接腳(jiao)的電(dian)壓(ya)變而變(bian)。因(yin)此，須(xu)搭(da)載(zai)具(ju)大(da)負載升頻(pin)功(gong)能的IC，以(yi)在(zai)不(bu)大(da)幅(fu)變設(she)計的情況(kuang)下，達(da)到(dao)大(da)負載的要求。　

圖(tu)9 Comp接腳(jiao)電(dian)壓(ya)與工作頻率(lv)曲(qu)線關(guan)系(xi)圖(tu)

緊接著，兩(liang)段式(shi)過電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)是(shi)在(zai)CS接腳(jiao)上(shang)使用兩(liang)個(ge)比較器(qi)(Comparator)去偵側(ce)過電(dian)流(liu)，如圖(tu)10所示(shi)，個(ge)過電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)的比較器(qi)用來設定系(xi)統過(guo)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)值(zhi)；第二(er)個(ge)過電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)的比較器(qi)是(shi)大(da)電(dian)流(liu)峰(feng)值(zhi)的保(bao)護(hu)。當個(ge)比較器(qi)觸(chu)發時，OLP delay1的時間(jian)會開(kai)始(shi)計數(shu)，以(yi)達(da)