芯耀
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工業(yè)設備市場穩(wěn)步向前發(fā)展，2016 年預計會達到 350 億美元，三年后預計會達到 500 億美元的市場規(guī)模。在工業(yè)設備中，隔離型電源在保護系統(tǒng)安全以及維修人員人身安全方面發(fā)揮著重要作用。隔離型電源的保護作用體現(xiàn)在哪里？ROHM 半導體（上海）有限公司設計中心應用技術(shù)二部高級經(jīng)理周勁解釋到，“第一是針對系統(tǒng)的保護，整個功率系統(tǒng)是通過控制高壓大電流的功率器件來實現(xiàn)對整個電路的控制，如何實現(xiàn)電路的控制？實際是弱電部分控制功率器件。在弱電部分很容易受到高壓電源的影響，比如電路異常、雷擊，高壓突然介入，就會影響整個控制電路的邏輯，隔離型電源可以避免這種影響；第二在維修或者設備發(fā)生異常時，隔離型電源會切斷高壓線路電力的來源，同時保證把信號送出去，這就避免了維修人員直接接觸強電，從而避免高壓電對人身帶來傷害。”
為了實現(xiàn)對系統(tǒng)和操作人員的保護，羅姆（ROHM）推出了隔離型反激式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器控制 IC“BD7F 系列”。周勁介紹，“BD7F 系列具有三大特點：第一，去光電耦合器，簡化電路設計，減少零部件數(shù)量；第二，通過自適導通時間控制，改善負載響應特性；第三，通過負載補償糾正輸出特性，能夠保證在重負載的時候，實現(xiàn)輸出電壓的平穩(wěn)?！?/p>
圖 1：ROHM 半導體（上海）有限公司 設計中心 應用技術(shù)二部 高級經(jīng)理 周勁
無光電耦合器，簡化電路設計
傳統(tǒng)反激式隔離型電源中，從二次側(cè)到一次側(cè)的反饋通常會使用光電耦合器。光電耦合器是通過一個電流來檢測電源輸出的電壓，這邊接收到光信號之后來改變一個電阻。對于壽命，發(fā)光二極管壽命是有衰減的，隨著時間的推移，檢測到同樣的電流時，發(fā)光二極管的亮度會逐漸衰減，因此半導體感應出來的監(jiān)控數(shù)據(jù)也是會逐漸衰減，因為壽命比較短，幾年之后就需要更換；對于溫度，因為兩個半導體器件都是會受到溫度變化的影響，工業(yè)設備的溫度要求通常在 -40℃0+85℃之間，無論發(fā)光側(cè)和受光側(cè)，隨溫度的變化溫度都會出現(xiàn)特性漂移，也就造成電路會有不穩(wěn)定狀況出現(xiàn)，我們必須做出相應的補償；它本身是靠電流來發(fā)光，所以光電耦合器自身會消耗比較多的電流。由此可以看出，光電耦合器存在壽命短的，溫度穩(wěn)定性漂移和功率消耗的問題。如果去掉光電耦合器，這三種問題就隨之解決。
圖 2：有無光電耦合器電路對比圖
為了解決這些麻煩，“BD7F 系列”去掉了光電耦合器?？赡苡脩舾胫涝鯓幼龅降?？
周勁解釋，“如圖 2 所示，通過線圈上的開關(guān)產(chǎn)生一個波形，然后二次側(cè)來感應出這個電流，從而實現(xiàn)電壓的輸出。變壓器初級的這個波形就是一個開關(guān)的波形，這個峰值被稱作 VSW，就是開關(guān)變壓的一個模型。實際上 VSW 是輸入電壓再加上輸出電壓和一個匝數(shù)比的轉(zhuǎn)換關(guān)系。因此 VSW 包含著與輸出相關(guān)的一個信息，難點在于怎么把這個信息讀取出來，反應到前面，現(xiàn)在的方法就是直接去觀測后面的這塊，羅姆（ROHM）新開發(fā)了一個信息提取電路，把 VSW 相關(guān)的內(nèi)容提取出來，實現(xiàn)對 VSW 的監(jiān)控，把 VSW 波形提取之后，間接地實現(xiàn)，經(jīng)過輸出電壓一次側(cè)反饋。通過這樣的方式監(jiān)控 VSW 電壓，間接控制二次側(cè)，也就取消了前面光電耦合器直接反饋的電路，通過內(nèi)置提取電路，來實現(xiàn)對二次側(cè)輸出電壓的監(jiān)控。”
通過自適應導通時間控制，改善負載響應特性
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圖 3：自適應導通時間控制圖
非絕緣的 DC/DC 控制方式有兩種，一種是電壓模式的控制方式，一種是電流模式的控制方式。這兩種方式都是通過一個三角波來實現(xiàn)控制，當負載發(fā)生突然變化時，輸出電壓會有一個波動，速度相對比較慢。 “隨著大電流的需求越來越高，間接發(fā)展出了導通時間控制，它直接監(jiān)控輸出電壓，當它比參考電壓低時，到一定時間就會通過直接對輸出電壓的監(jiān)控來實現(xiàn)它的直接控制，因此相位補償不需要去進行設計，因為它的速度很高。另外，負載響應特性良好，廣泛應用在 CPU，電壓比較低，電流比較大，負載變化比較劇烈的情況下。圖 3，是我們導通時間控制的方式實現(xiàn)的一個波形，只有當負載電流突變的時候，只有一點波動就能夠穩(wěn)定在一個應當輸出的電壓方式上。通過對非絕緣的 DCDC 轉(zhuǎn)換的導通時間控制方式，把它移植到了絕緣內(nèi)部。我們的自適應導通時間控制，完全實現(xiàn)了導通時間控制上的優(yōu)點移植，比如：不需要相位補償，負載響應仍然很好，因此在柵極絕緣驅(qū)動器隔離通信部分的電源上可以得到廣泛的應用。”
通過負載補償糾正二極管壓降
圖 4：壓降補償圖
如圖 4 所示，因為它不存在直接的反饋，當負載比較大時，電流進入連續(xù)區(qū)，電壓下降比較大。周勁表示，“這很正常，羅姆（ROHM）通過一個電阻來設定反饋的比例，調(diào)整這個比例，來實現(xiàn)在大電流的時候，我們能夠在某種程度上對輸出電壓進行補償，把大電流的時候本來應該跌落的電壓進行補償，從而能在全電流負載上實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。而且這個比例是可以調(diào)整的，例如，這個電阻選取了 43K 的時候，當然這個是可以根據(jù)負載電流的范圍來進行調(diào)整，43K 實測的一個值，不存在反饋補償?shù)臅r候，5.05 會下降到 4.85 左右，下降這么多，在選取了 43K 補償電阻的話，基本能夠穩(wěn)定在 5 伏以上，實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定，這是羅姆（ROHM）一個獨有的技術(shù)?！?/p>
圖 5：產(chǎn)品圖
生產(chǎn)流程完全，產(chǎn)品穩(wěn)定供應
在生產(chǎn)中，用戶最怕出現(xiàn)的問題就是所采用的產(chǎn)品停產(chǎn)或者斷貨，這會迫使用戶修改設計方案，推遲交貨時間，甚至無法交貨，工業(yè)設備生產(chǎn)用戶更是如此，如果出現(xiàn)以上情況損失無法預估。而羅姆（ROHM）的生產(chǎn)加工流程非常完整，從硅片的生產(chǎn)，到制圖、研磨，再到晶圓的生成，甚至最后的封裝全部是在公司內(nèi)部完成。周勁坦言，“我們?nèi)康拈_發(fā)設計和晶圓制造，都是在我們內(nèi)部統(tǒng)一的品質(zhì)管理之下，相對比較穩(wěn)定地實現(xiàn)產(chǎn)品的高品質(zhì)。得益于這個垂直整合型的生產(chǎn)體制的優(yōu)勢，我們能夠滿足長期供貨的要求，會保證十年以上的穩(wěn)定的供貨?！?/p>
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