用于机顶盒与液晶电视的简易开关电源设计

　　前言

　　传统电子消费产品的AC-DC开关电源,通常需要带有多组输出隔离变压器并由一片原边电源控制器控制输出电压和电流,但这类多组输出电源的输出电流都比较小，稳定的输出电压是通过线性稳压管来实现。从设计与制造及使用的角度来看,比较麻烦而且成本也较高。需指出的是,其线性稳压管只能应用于高电压和低电流,故此种电源在应用上局限性很大,己远远不能适应新一代电子消费产品的需要。

　　这是由于新一代电子消费产品如机顶盒，液晶电视(或高清晰度电视)需要的是能提供大输出电流和低输出电压的低价高效率开关电源，从而促使许多产品设计需采用分散式电源模式,也就是说,产品设计更倾向于选择在市场上很容易采购到的AC-DC适配器并把多组直流电源直接安装在系统的线路板上。

　　特别要说明的是,由于系统主芯片的电压越来越低而且电流越来越大，这样就可以使越来越多的直流开关电源能出现在系统板上的新型工装技术。

　　而要提供一系列价格低廉，线路简单，性能齐全直流开关电源,其关键在于是如何应用低廉、简单，性能齐全的电源控制芯片。Semtech　International公司的低价简易同步式降压控制芯片SC 
2618不失为一种好的选择，用SC2618只需较少外围元器件就能设计出低电压高效率降压电源。

　　用SC2618设计简易同步降压电源

　　图1为用同步式降压控制芯片SC2618与双场效应功率管AO4812集成块设计组成的机顶盒和液晶电视及其它消费电子产品所需的板上开关直流电源线路图。

　　此电源的输入电压Vin由交流变直流适配器提供，Vin大多数为12V/5V(也有少数会用24V),输出电压是1.8V，输出电流是3.5安培。SC2618能接收4.5V至14V工作电压并有一个1.25V内部电压基准。0.5安培的场效应管驱动能使电源的输出电流达到10安培。SC2618不需要反馈补偿电路。

 

 图1　用SC2618和AO4812设计的机顶盒和液晶电视等消费电子产品所需支流开关电源图

　　由图1可看到，一组分压电阻(R6，R8)会将输出电压Vout信息反馈给SC2618芯片的?FB端如果输出电压Vout低于所设定的数值，高端的场效应管Q1将被导通并一直导通到输出电压Vout回升到设定的数值以上。同样的道理，如果输出电压Vout高于用户所设定的数值，高端的场效应管将被关断而低端的场效应管Q2将被导通并一直导通到输出电压下降到设定的数值以下。这种芯片模式将会使一个降压式电源工作在以下任何一种模式：
    ·高端场效应管导通1微秒；
    ·低端场效应管导通1微秒；
    ·高／低端场效应管各导通1微秒；

　　输出短路保护是通过SC2618的反馈端电压(VFB)和它的1.25V内部电压基准电压来实现的。在正常工作时如果反馈端电压小于1.25V基准电压200mV，SC2618立刻关断高端场效应管同时内部软启动电容开始放电。如果输出短路是发生在软启动过程中，必须等软启动结束才能彻底关断场效应管并开始软启动电容放电。一旦软启动电容放电结束，新的一轮软启动又开始。

　　SC2618在宽输入电压时的应用线路

　　虽然SC2618Vcc只能接收4.5V—14V之间的输入电压，但是只要在芯片的外围增加一个非常简单的线性稳压管(一个小信号晶体管和一个齐纳二极管)就可以很容易地将输入电压的范围升到20V以上。同时可以利用一个外围晶体管来关断芯片。这种电路可用在许多需要24V输入电压工作的消费类产品中。

 

图2　用SC2618设计的宽输入电压电路

　　图2是一个可以工作到24V输入电压的完整电路图。输入电压可以是5Vto24V，输出电压是3.3V，输出电流是3.5A。图2中6.2V的齐纳二极管将SC2618Vcc电压限制在5.5V左右。上(高)端和下(低)端场效应管的驱动电压也在5.5V。可以通过晶体管Q3来关断整个电源。

　　这样的电路在机顶盒、液晶电视等产品上经常看到。像SC2618这样的同步式降压电路比许多非同步式电路在高输入电压的应用中有较大的优势。

　　功率场效应管的选择

　　由于本直流开关电源是同步降压转换器,即有着高输入电压对低输出电压的特点,故高端场效应管导通的时间很短,低端场效应管导通的时间很长,但是低端场效应管转换电压几乎为零。在这样的应用中，栅极电容较小(内阻较大)场效应管适用于高端开关，栅极电容较大(内阻较小)场效应管适用于低端开关。在该例子中所用的场效应管是通过它的内阻(RDSON)、栅极电容／电荷和封装热阻这3个参数来选择的。利用SC2618　0.5A内置驱动器，一个栅极电荷为25nC　　在图1中，Ps是0.3W。由于在高端和低端场效应管之间无重叠传导，流过低端场效应管漏极和源极的寄生二极管或外部肖特基二极管总是在低端场效应管导通之前导通。低端场效应管导通电压仅为一个在漏极和源极之间二极管的电压。低端场效应管开关损耗为零。

　　以图1为例，选用的场效应管是A04812。A04812高低端导通内阻都是28mΩ，在3.5A负载时高低端导通损耗是0.35W。整个AOS4812损耗为0.65W，在3.5A负载下AOS4812损耗为0.65W，这时AO4812　SOIC8封装结温是111.5℃。这数值远小于芯片150℃结温限制。对于大电流输出上的应用(>3.5A)，可以采用低内阻抗场效应管来限制它的导通损耗，并利用外加散热器将它的结温控制在110℃之内。