【導讀】全世界對物聯(lián)網(wǎng)和智能家庭中的智能型裝置需求爆增，也代表設計人員必須適應各種電源。這些電源也必須應對更廣泛的法規。同時(shí)，終端系統的能源效率必須越高越好，進(jìn)而為電力系統設計帶來(lái)更大的壓力。這并不是能輕易克服的挑戰。
全世界對物聯(lián)網(wǎng)和智能家庭中的智能型裝置需求爆增，也代表設計人員必須適應各種電源。這些電源也必須應對更廣泛的法規。同時(shí)，終端系統的能源效率必須越高越好，進(jìn)而為電力系統設計帶來(lái)更大的壓力。這并不是能輕易克服的挑戰。電源轉換器的效率會(huì )依據負載而顯著(zhù)變化。在物聯(lián)網(wǎng)和智能家庭中，裝置在待機模式下的大部分時(shí)間，都是在輕度負載下運作，而許多轉換器在這些輕度負載條件下效率也較低。同樣，轉換器也必須應對 90V 至 264V 的寬輸入電壓范圍，并在大范圍的電流內提供高度穩定的輸出，如此的轉換器能源效率也往往較低。
圖 1：AL17x50 的功能方塊圖，整合 MOSFET 以減少 BOM 并提高低負載時(shí)的效率
現今家庭中的物聯(lián)網(wǎng)和聯(lián)機照明系統，都需要在低電壓下運作的微型控制器，以及在傳輸時(shí)需要快速大電流的無(wú)線(xiàn)連結。使用最新低功耗藍牙 (BLE)、Zigbee 和 Wi-Fi 通訊協(xié)議的無(wú)線(xiàn)收發(fā)器，常用于將智能型裝置 (例如 LED 照明) 連接到手機或家用集線(xiàn)器。這些裝置在大多數時(shí)間處于靜止狀態(tài)，但從待機模式進(jìn)行傳輸或喚醒時(shí)，也需要相對較高的峰值電流以及穩定的調節輸出電壓。這代表系統上的負載范圍會(huì )很廣。
這所有的因素都將成為系統設計人員的主要挑戰。雖然電源控制器中的整合可以提供解答，但它也為自己帶來(lái)了挑戰。
通用穩壓器
AL17050 與 AL17150 為通用 AC 高電壓輸入降壓穩壓器，整合 MOSFET，可提供準確的恒定電壓 (CV) 及動(dòng)態(tài)效能，在線(xiàn)路與負載調節時(shí)不必使用光耦合器。移除光耦合器，搭配 SOT-25 (AL17050) 和 SO7 (AL17150) 封裝，代表設計方面的大幅簡(jiǎn)化和尺寸的縮小。對于智慧家庭應用中需要在小空間內聯(lián)機，又無(wú)需過(guò)多功率消耗的無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)和 LED 照明來(lái)說(shuō)，效果很好。
此穩壓器搭配單一繞線(xiàn)型電感器使用，因此需要的外部組件更少。這不僅能減少物料清單 (BOM)，也減少了設計面積，并且由于保護功能的范圍能滿(mǎn)足所有不同的市場(chǎng)需求，又不增加設計成本，因此也有助于在更多的全球市場(chǎng)進(jìn)行認證。
控制器的內部 MOSFET 導通電阻 (RDS(on)) 為 30Ω (AL17050 典型) 和 10Ω (AL17150 典型)，有助于在輕度負載下提供高效率的運作，并提高整體平均效率，適用于 0.1W 至 3W 的應用。
恒定電壓
關(guān)鍵在于，穩壓器可為 3.3V/5V 的微控制器和無(wú)線(xiàn)收發(fā)器提供恒定電壓 (CV) 輸出，確保終端設備盡可能的可靠和節能。穩壓器也可以在物聯(lián)網(wǎng)應用中提供其他額定輸出電壓，例如 15V。
這是透過(guò)內部高壓穩壓器提供的控制電壓來(lái)實(shí)現。芯片在 5.6V 電壓下啟動(dòng)，并會(huì )關(guān)閉內部高壓穩壓器。當電壓降至 5.3V 以下時(shí)，內部高壓穩壓器將再次打開(kāi)，以為外部電容器充電。當電壓降至 3.4V 以下時(shí)，IC 停止運作，內部高壓穩壓器為電容器充電。
當穩壓器回饋接腳的電壓低于參考電壓 (2.5V) 時(shí)，內部整合式 MOSFET 會(huì )開(kāi)啟。峰值電流限制和初始電感電流值與輸入電壓一起決定導通時(shí)間。當電流達到峰值電流限制時(shí)，MOSFET 會(huì )關(guān)閉。
圖 2：AL17x50 在物聯(lián)網(wǎng)智能家庭裝置的降壓 AC-DC 電源供應器中的典型應用
輸出電壓可以透過(guò)對回饋接腳的電壓進(jìn)行取樣來(lái)進(jìn)行控制，該電壓可從取樣電容器的電壓中取得。在 MOSFET 關(guān)斷階段中，當電感器電流降至輸出電流以下時(shí)，取樣電容器電壓會(huì )開(kāi)始下降。當回饋接腳的電壓降至參考電壓 (2.5V) 以下時(shí)，新的切換周期會(huì )開(kāi)始。
為了在不同負載條件下保持高效率，AL17050 和 AL17150 會(huì )自動(dòng)調整切換頻率。
隨著(zhù)負載降低，切換頻率也會(huì )降低，MOSFET 關(guān)斷時(shí)間增加，導致峰值電流減小。在無(wú)負載條件下，如果保持虛擬負載，則頻率和峰值電流都將最小化。這有助于在無(wú)負載條件下降低功耗。
該控制器具有誤差放大器 (EA) 補償功能，可改善負載調節和負載瞬態(tài)效能。隨著(zhù)負載增加，補償值也會(huì )增加，內部回饋比較器的參考電壓會(huì )略微下降。負載中更快速的變化將導致更大的補償介入，然后會(huì )將輸出電壓更快調節回所需電壓。這種補償將精確維持輸出電壓。
了解系統效能有助于優(yōu)化控制器的設計。例如，當功率 MOSFET 導通時(shí)，電流波形的前緣通常會(huì )出現一個(gè)窄尖峰?？刂破鲀冉?350ns 的前緣胚料，以防止由導通尖峰引起的錯誤觸發(fā)。在此期間，將停用電流限制比較器，且無(wú)法關(guān)閉閘極驅動(dòng)器。
保護
廣泛的保護功能，對于協(xié)助在不同全球法規環(huán)境中進(jìn)行認證至關(guān)重要。為滿(mǎn)足這些需求，該裝置具有短路保護 (SCP)、過(guò)熱保護 (OTP)、VCC 欠壓鎖定功能 (UVLO)、過(guò)載保護 (OLP) 和開(kāi)放回路保護。
當峰值電流超過(guò) 450mA 的閾值時(shí)，SCP 可使裝置關(guān)閉，并在故障排除后恢復操作。隨著(zhù)負載增加，峰值電流和切換頻率也會(huì )增加。當峰值電流達到峰值電流限制值時(shí)，如果負載繼續增加，則輸出電壓將降低。當回饋接腳電壓降至 1.7V 的 OLP 觸發(fā)閾值以下并保持 170ms 時(shí)，就會(huì )發(fā)生 OLP。此 170ms 的保持時(shí)間，可以避免在電源啟動(dòng)或進(jìn)入負載轉換階段時(shí)觸發(fā) OLP 功能，因此電源啟動(dòng)時(shí)間要求會(huì )少于 170ms。
同樣，當回饋接腳上的電壓降至 60mV 以下時(shí)，裝置將停止運作并開(kāi)始重新啟動(dòng)周期。在啟動(dòng)階段時(shí)，在 64 個(gè)切換周期內將忽略開(kāi)放回路偵測。
AL17050 和 AL17150 整合內部熱關(guān)機保護功能。如果 IC 接面溫度升至 +150°C 的典型值以上，則會(huì )觸發(fā)熱關(guān)機 (TSD) 保護，且內部 MOSFET 會(huì )停止切換。為了回復內部 MOSFET 切換，接面溫度必須降至比該值低 +30°C 的遲滯。在 TSD 保護期間，主電壓下降到通常為 2.4V 的重新啟動(dòng)值，然后內部高壓穩壓器會(huì )提供 3.3V/5V 的主系統電壓。
結論
更高度的整合提供更小、更高效率的設計，可以在許多全球產(chǎn)品應用和市場(chǎng)中使用。這種趨勢提供規模經(jīng)濟并降低成本，這在大量智慧家庭和物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)中不可或缺。廣泛的保護功能，使設計人員能夠滿(mǎn)足這些全球市場(chǎng)的法規要求，進(jìn)而減少開(kāi)發(fā)和測試時(shí)間。
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