Zwei Betriebsarten des monolithischen Schaltnetzteils
Monolithische integrierte Schaltkreise für Schaltnetzteile haben die Vorteile einer hohen Integration, hohen Kosteneffizienz, einfachster Peripherieschaltungen und bester Leistungsindikatoren und können ein hocheffizientes isoliertes Schaltnetzteil ohne Frequenztransformator bilden. Es wurde Mitte der 2000er Jahre eingeführt und zeigte Ende der 2000er Jahre eine starke Vitalität. Heute ist es zu einem der bevorzugten integrierten Schaltkreise für Schaltnetzteile mittlerer und kleiner Leistung, Präzisionsschaltnetzteile und Stromversorgungsmodule geworden. Das daraus hergestellte Schaltnetzteil ist in Bezug auf Kosten und Leistung mit einem linearen Spannungsregler vergleichbar, dessen Effizienz erheblich verbessert ist und dessen Volumen und Gewicht erheblich reduziert sind. Dies schafft gute Bedingungen für die Förderung und Popularisierung neuer Schaltnetzteile.
Merkmale des monolithischen Schaltnetzteils
(1) TOpSWitch-II enthält intern Oszillator, Fehlerverstärker, Pulsweitenmodulator, Gate-Schaltung, Hochspannungs-Leistungsschaltröhren (MOSFET), Vorspannungsschaltung, Überstromschutzschaltung, Überhitzungsschutz und Einschalt-Reset-Schaltung, Abschalt-/Automatischer Neustart-Schaltung. Es isoliert den Ausgang vollständig vom Stromnetz mittels eines Hochfrequenztransformators, was sicher zu verwenden ist*. Es gehört zu den stromgesteuerten Schaltnetzteilen mit Open-Drain-Ausgang. Durch die Verwendung einer CMOS-Schaltung wird der Stromverbrauch des Geräts erheblich reduziert.
(2) Es gibt nur drei Anschlüsse: Steueranschluss C, Quelle S, Abfluss D, vergleichbar mit einem linearen Regler mit drei Anschlüssen. Dies ist die einfachste Möglichkeit, einen Frequenztransformator ohne Flyback-Schaltnetzteil herzustellen. Um eine Vielzahl von Steuer-, Vorspannungs- und Schutzfunktionen zu erfüllen, sind C und D multifunktionale Pinbelegungen, wodurch ein Pin für mehrere Zwecke genutzt werden kann. Nehmen wir den Steueranschluss als Beispiel. Er hat drei Funktionen: (1) das Ende der Spannung VC für den On-Chip-Parallelregler und die Gate-Treiberstufe, um die Vorspannung bereitzustellen; (2) das Ende des Strom-IC, mit dem der Arbeitszyklus eingestellt werden kann; (3) das Ende des Stromversorgungszweigstromkreises und der Anschlusspunkt für den automatischen Neustart/Kompensationskondensator, über den externen Bypass-Kondensator wird die Frequenz des automatischen Neustarts und der Kompensation für die Steuerschleife bestimmt.
(3) Der Bereich der Eingangswechselspannung ist extrem groß. Für eine feste Eingangsspannung können 220 V ± 15 % Wechselspannung gewählt werden. Die maximale Ausgangsleistung wird um 40 % reduziert, wenn das Gerät mit einem Wechselspannungsbereich von 85 bis 265 V ausgestattet ist. Der Eingangsfrequenzbereich des Schaltnetzteils beträgt 47 bis 440 Hz.
(4) Der typische Wert der Schaltfrequenz beträgt 100 kHz und der Einstellbereich des Arbeitszyklus beträgt 1,7 % bis 67 %. Die Effizienz des Netzteils beträgt etwa 80 % bis 90 %, was fast doppelt so hoch ist wie bei einem linear integrierten geregelten Netzteil. Der Betriebstemperaturbereich beträgt 0 bis 70 Grad maximale Sperrschichttemperatur Tjm=135 Grad.
(5) Das grundlegende Funktionsprinzip von TOpSwitch-II besteht darin, den Rückkopplungsstrom IC zu verwenden, um den Arbeitszyklus D zu regulieren und so den Zweck der Spannungsregulierung zu erreichen. Wenn beispielsweise die Ausgangsspannung des Schaltnetzteils VOT aus irgendeinem Grund abfällt, sorgt der Optokoppler-Rückkopplungskreis dafür, dass Ic↑→Fehlerspannung Vrt→D↓→Vo↓, sodass Vo unverändert bleibt. Und umgekehrt.
(6) Einfache Peripherieschaltung, niedrige Kosten. Extern müssen nur der Gleichrichterfilter, der Hochfrequenztransformator, die Primärschutzschaltung, die Rückkopplungsschaltung und die Ausgangsschaltung angeschlossen werden. Die Verwendung solcher Chips kann auch die elektromagnetischen Störungen reduzieren, die durch das Schaltnetzteil erzeugt werden.
Zwei Betriebsarten des monolithischen Schaltnetzteils
Das monolithische Schaltnetzteil verfügt über zwei grundlegende Betriebsarten: eine ist der Dauerbetrieb CUM (ContinuousMode), die andere ist der Nicht-Dauerbetrieb
(a) Kontinuierlicher Modus (b) Diskontinuierlicher Modus
DUM (DiscontinuousMode). Die Schaltstromwellenformen dieser beiden Modi sind in Abb. (a) bzw. Abb. (b) dargestellt. Wie aus der Abbildung ersichtlich, beginnt der primäre Schaltstrom im kontinuierlichen Modus bei einer bestimmten Amplitude, steigt dann auf einen Spitzenwert an und kehrt dann schnell auf Null zurück. Seine Schaltstromwellenform ist trapezförmig. Dies zeigt an, dass im kontinuierlichen Modus der nächste Schaltzyklus eine Anfangsenergie hat, da die im Hochfrequenztransformator gespeicherte Energie nicht in jedem Schaltzyklus vollständig freigesetzt wird. Die Verwendung des kontinuierlichen Modus reduziert den primären Spitzenstrom Ip und den RMS-Strom IRMS, wodurch der Stromverbrauch des Chips verringert wird. Der kontinuierliche Modus erfordert jedoch eine Erhöhung der primären Induktivität Lp, was zu einer Vergrößerung des Hochfrequenztransformators führt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der kontinuierliche Modus für TOp-Schalter mit geringerer Leistung und Hochfrequenztransformatoren mit größerer Größe geeignet ist.
Der Schaltstrom im diskontinuierlichen Modus steigt von Null auf einen Spitzenwert und fällt dann auf Null. Dies bedeutet, dass die im Hochfrequenztransformator gespeicherte Energie während jedes Schaltzyklus vollständig freigesetzt werden muss und seine Schaltstromwellenform dreieckig ist. Der diskontinuierliche Modus hat höhere Ip- und IRMS-Werte, erfordert jedoch weniger Lp. Daher eignet er sich für die Verwendung von TOpSwitch mit größerer Ausgangsleistung und kleinerem Hochfrequenztransformator.
