高溫環(huán)境下的家用綠色電源設(shè)計方案

一、設(shè)計背景

烹飪過程中不僅會產(chǎn)生熱量，還會釋放大量的水蒸氣和冷凝水蒸汽。廚房電器的電源必須在高達105℃的環(huán)境溫度及高濕度條件下穩(wěn)定工作。此外，電源設(shè)計還需滿足國際性EMI及安全標準，并有助于實現(xiàn)節(jié)能目標。能源消耗不僅限于電量使用，還包括材料和資源的使用、廢棄物的產(chǎn)生以及環(huán)境污染物的排放。

歐盟委員會發(fā)布的生態(tài)設(shè)計指令（EuP）要求在歐洲銷售的所有用能產(chǎn)品在初設(shè)計時都能將環(huán)境影響降至最低。生態(tài)設(shè)計指令致力于降低產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的能耗水平。對于家用電器中的輔助電源，可適用EuP Lot 6要求。

二、主控芯片選擇及其作用

在選擇主控芯片時，需考慮能效、穩(wěn)定性、可靠性和安全性等多個因素。以下介紹幾種適用于高溫環(huán)境下家用綠色電源設(shè)計的主控芯片型號及其作用。

1. Power Integrations LinkSwitch-CV系列產(chǎn)品

型號：LNK623PG

作用：

• 能效優(yōu)化：LinkSwitch-CV系列產(chǎn)品集成了一個700V MOSFET和制作開關(guān)電源所需的所有控制及保護電路。LNK623PG器件可以對輸出電壓調(diào)節(jié)提供初級側(cè)控制，確保5%電壓控制的反饋功能由變壓器內(nèi)的偏置繞組提供。初級側(cè)控制技術(shù)省去了反饋及控制環(huán)路補償電路，大幅降低BOM成本并提高整體可靠性。

• 高可靠性：LNK623PG可在0℃到105℃的工作環(huán)境下以175至265VAC輸入電壓提供9V，250mA的隔離式輸出。該器件具有ON/OFF控制技術(shù)，可以滿足嚴格的能效規(guī)范，如EuP Lot 6要求。在滿載時，該電源通常可實現(xiàn)70%的效率，并在整個寬負載范圍內(nèi)維持這一效率水平。

• 安全性：Power Integrations同時設(shè)計出了DIP和SO-8塑料LinkSwitch封裝選項，擴展了漏極引腳和所有其他引腳之間的爬電距離，可避免漏電問題的產(chǎn)生。

具體應(yīng)用：

• 反激式拓撲結(jié)構(gòu)：來自AC市電經(jīng)整流的DC電壓，由LNK623PG中的高壓MOSFET通過變壓器T1的初級側(cè)進行開關(guān)。在每次OFF轉(zhuǎn)換時，T1中的崩潰磁場將能源轉(zhuǎn)移到次級，經(jīng)整流會產(chǎn)生穩(wěn)定的DC輸出電壓。

• 電壓調(diào)節(jié)：針對FB引腳中出現(xiàn)的電壓變化，LNK623PG內(nèi)的ON/OFF控制電路可提供調(diào)節(jié)功能。FB引腳的電壓與偏置繞組上的電壓成正比，也與主輸出繞組上的電壓成正比。通過調(diào)節(jié)使能開關(guān)周期與禁止開關(guān)周期的比例，LNK623PG可維持±5%的電壓調(diào)節(jié)率。

• 輕載條件下的效率：在輕載條件下，LNK623PG會降低MOSFET電流限流點以減小變壓器磁通密度，從而防止音頻噪聲的產(chǎn)生。

2. 賽威 SF5877

型號：SF5877

作用：

• QR-Ⅱ?qū)＠夹g(shù)：SF5877滿足能效6級標準，具有HV-Mw專利技術(shù)，待機功耗≤50mW。這種芯片適用于150W副邊反激式電源方案，高壓啟動，自帶PFC關(guān)斷功能，提高輕載效率。

• 廣泛應(yīng)用：SF5877外驅(qū)MOS，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，是一種綠色電源方案芯片。其封裝形式為SOP8，可腳位兼容OB2203、NCP1377。

• 高效節(jié)能：SF5877具有專利技術(shù)肖除異音，適合用于高溫環(huán)境下的電源設(shè)計。

具體應(yīng)用：

• 高壓啟動：SF5877的高壓啟動功能使其在高溫環(huán)境下能夠穩(wěn)定工作，適用于廚房電器等應(yīng)用場景。

• PFC關(guān)斷功能：通過集成PFC關(guān)斷功能，SF5877可以提高輕載效率，減少能源浪費。

• 綠色電源方案：SF5877作為綠色電源方案芯片，符合當(dāng)前環(huán)保節(jié)能的要求，適用于家庭、辦公室等場所的電源設(shè)計。

3. 其他主控芯片選擇

除了上述兩款芯片外，還有多種適用于高溫環(huán)境下家用綠色電源設(shè)計的主控芯片。例如，一些集成了智能控制功能的芯片，可以通過調(diào)整工作頻率和占空比來優(yōu)化能效。此外，一些具有過溫保護、短路保護等安全功能的芯片也是不錯的選擇。

在選擇主控芯片時，還需考慮以下因素：

• 封裝形式：封裝形式的選擇對芯片的穩(wěn)定性和散熱性能有很大影響。通常，采用DIP或SO封裝的芯片更適合高溫環(huán)境下的應(yīng)用。

• 工作頻率：工作頻率的高低直接影響電源的能效和噪聲水平。在保證穩(wěn)定性的前提下，選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ黝l率可以優(yōu)化能效。

• 保護功能：主控芯片應(yīng)具備過溫保護、短路保護等安全功能，以確保在高溫環(huán)境下工作的可靠性。

三、電源設(shè)計詳細方案

1. 輸入濾波電路設(shè)計

輸入濾波電路用于濾除電網(wǎng)中的高頻噪聲和干擾，保證電源的穩(wěn)定性和可靠性。通常采用LC濾波電路，其中電感L用于抑制高頻噪聲，電容C用于濾除低頻噪聲。

2. 整流電路設(shè)計

整流電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為后續(xù)的DC/DC變換器提供穩(wěn)定的直流輸入。通常采用橋式整流電路，由四個二極管組成，可以將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為脈動直流電。

3. DC/DC變換器設(shè)計

DC/DC變換器是電源設(shè)計的核心部分，用于將整流后的直流電轉(zhuǎn)換為所需的輸出電壓和電流。根據(jù)輸出電壓和電流的要求，可以選擇不同的DC/DC變換器拓撲結(jié)構(gòu)，如反激式、正激式、推挽式等。

在選擇DC/DC變換器時，需考慮以下因素：

• 輸出電壓和電流范圍：根據(jù)負載要求選擇合適的輸出電壓和電流范圍。

• 效率：選擇高效率的DC/DC變換器可以減少能源浪費，提高能效。

• 穩(wěn)定性：選擇穩(wěn)定性好的DC/DC變換器可以保證輸出電壓和電流的穩(wěn)定性和可靠性。

4. 輸出濾波電路設(shè)計

輸出濾波電路用于濾除DC/DC變換器輸出的高頻噪聲和紋波，保證輸出電壓的穩(wěn)定性和平滑性。通常采用LC濾波電路，其中電感L用于抑制高頻噪聲，電容C用于濾除低頻紋波。

5. 保護電路設(shè)計

保護電路用于保護電源和負載免受過流、過壓、過溫等故障的影響。通常采用過流保護電路、過壓保護電路、過溫保護電路等。這些保護電路可以在故障發(fā)生時及時切斷電源或調(diào)整工作狀態(tài)，保證電源和負載的安全。

四、高溫環(huán)境下的可靠性設(shè)計

在高溫環(huán)境下，電源設(shè)計的可靠性至關(guān)重要。以下是一些提高電源可靠性的措施：

• 選用耐高溫元器件：選擇能夠在高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作的元器件，如耐高溫的電容、電感、二極管等。

• 優(yōu)化散熱設(shè)計：通過增加散熱片、使用散熱風(fēng)扇等措施，提高電源的散熱性能，降低元器件的工作溫度。

• 加強保護電路設(shè)計：增加過流保護、過壓保護、過溫保護等電路，提高電源的故障保護能力。

• 進行充分的測試：在高溫環(huán)境下對電源進行充分的測試，包括穩(wěn)定性測試、負載測試、溫度循環(huán)測試等，確保電源能夠在高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作。

五、結(jié)論

高溫環(huán)境下的家用綠色電源設(shè)計需要綜合考慮能效、安全性、可靠性和穩(wěn)定性等多個因素。在選擇主控芯片時，需關(guān)注其能效、穩(wěn)定性、可靠性和安全性等特點。通過合理的電路設(shè)計和優(yōu)化措施，可以設(shè)計出既滿足能效要求又能在高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作的家用綠色電源。