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ROHM首推隔离型电源控制芯片加入“去光耦运动”

时间:2016-11-18 16:41来源: 作者: 点击:
编者按:日前,ROHM推出了其面向工业市场的“BD7F系列”隔离型反激式DC/DC转换控制器。在此之前,数家全球知名的电源管理半导体供应商都推出了无需光耦的隔离型控制芯片,ROHM此时才

       编者按:日前,推出了其面向工业市场的“”隔离型反激式DC/DC转换控制器。在此之前,数家全球知名的电源管理半导体供应商都推出了无需的隔离型控制芯片,ROHM此时才加入到这一市场的竞争中来,未来如何能在竞争中赢得一席之呢?ROHM半导体(上海)有限公司设计中心应用技术二部高级经理周劲先生做了详细的介绍。

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ROHM半导体(上海)有限公司 设计中心 应用技术二部 高级经理 周劲

“去光耦运动”

       从人身安全和系统保护的角度考虑,电子设备必须具有绝缘特性,而采用隔离型电源是把强电与弱电分开的有效办法。我们常见的一些,像工厂的自动化设备、FA变频器、PLC控制、AC伺服等等,这些工厂设备上的一个应用对于绝缘电源会有需求。通信基站的,比如中继器、服务器、工业设备上的电源等等的会有绝缘电源的需求。另外一个就是太阳能逆变器,通过太阳能来进行发电,实际上如果实现并网的话,是需要我们有绝缘的电源转换成跟室内一样的电压,并到网上去,这种不间断的电源也是应用越来越广泛。

       当隔离电源控制系统把高压强电和低压弱电被隔离后,需要通过光耦电路来完成输

出与输入的反馈控制,从而达到电源供应的最佳状态。

       在光耦电路中的光电耦合器是可以把输入的电气信号通过发光元件转换成光源后,再由光敏元件还原为电气信号的电子部件。输入端和输出端的电气部件是隔离的,可以防止电气信号的噪声干扰和触电危险。

       因此,隔离型电源受到了客户的广泛欢迎,光耦曾一度成为电子元器件领域的明星产品。然而好景不长,系统厂商逐渐发现光耦电路存在着一些不可避免的弱点。一是由于光电元件的老化使得光耦电路的寿命仅仅可以保持5年水平,二是光耦电路系统组件过多,降低了系统的可靠性,第三光耦电路开发设计复杂,增加了系统的成本。

       于是,电源供应商开始考虑研发一种无需光耦的隔离型电源系统,一场“去光耦运动”就此拉开。各电源半导体供应商,都纷纷开发出无需光耦的反激式隔离电源控制系统,开始赢得电源开发工程师的青睐。

ROHM为何此时加入?

       功率元器件与控制一直是ROHM的重要业务之一,此次推出首款隔离型DC/DC电源控制芯片,更加丰富了它在电源管理领域的产品线分布,可以为客户提供更为广泛的选择。

ROHM在电源类领域不断发力,大背景是因为近些年工业市场的业务不断提高,该公司不断把资源投入到工业市场。

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图为ROHM面向工业市场的产品分布

       对ROHM来讲,10年以前占比80%的都是在消费类电子市场,集中在这上面发力。到了2010年前后,ROHM在工业和汽车市场开始发力,今年预计能够达到40%销售额的占比,今后会逐渐加大投入,明年的目标是会占到41%,在工业、机器和汽车的应用上,是未来ROHM战略的发展方向。

“BD7F系列”控制器三大特色

       首先,尽量去掉光电耦合器,简化电路设计,减少零部件数量。光电耦合器是会发光的,内部有发光元件,它自身会消耗相对比较多的电流。另外,因为它发光的器件和光接收的器件组合,它的光效率会衰减,接收效率会衰减。去掉光电耦合器,它的可靠性会增加、会有保证,并且随着时间的推移,性能也会很稳定。

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图为ROHM开发的去光耦DC/DC转换控制器电路

       怎么去掉光电耦合器呢?从这个电路来看,通过线圈上的开关,产生一个波形,然后二次侧刺激它,来感应出这个电流,来实现电压的输出。我们看这一点,变压器初级的这一个波形,就是这么一个开关的波形,这个峰值,我们把它称作,就是开关变压的一个模型。实际上这个VSW是输入电压再加上输出电压和一个匝数比,有这么一个关系。因此,这个VSW是包含着有输出,相关的一个信息,难点在于怎么把这个信息读取出来,反应到前面,问题在这个地方,现在的方法,就是直接去观测后面的这块,ROHM新开发了一个信息提取电路,现在是这么一个叫法,把VSW相关的内容提取出来,实现对VSW的监控,把VSW波形提取之后,间接地实现,经过我们的输出电压,一次侧反馈的这样一个说法。通过这样的方式监控VSW电压,间接控制二次侧,也就取消了前面光电耦合器直接反馈的电路,通过内置提取电路,来实现对二次侧输出电压的监控。

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自适应导通时间控制的效果

       第二个特色是通过自适应导通时间控制技术,能够改善负载响应的特性。我们简单介绍一下,几种非绝缘的DCDC控制方式,一种是电压模式的控制方式,一种是电流模式的控制方式。这两种是相对比较传统的设计方式,相对补偿电路会比较复杂一点,特别是电压模式,我们会需要一个相对的补偿来保证它在所有负载状况,所有温度特性状况下,来实现稳定的工作,这是需要一个相对比较复杂的相位补偿的设计。电流模式是电压模式的一个改进版,在监控电压的同时,还会检测电感里面的电流。相位补偿会比电压模式好一点,但是这两个传统存在的一个问题,就像这样,可以看出这种传统的控制方式,当负载发生突然变化的时候,输出电压会有一个波动,因为这两种方式从根本上来讲,都是一个三角波来实现控制,是通过间接的转化方式来的,因此,它的速度会慢一点。最先发展出来的,像电脑等等的一些大电流的需求越来越高了,间接发展出了导通时间控制,这个东西得益于广泛应用吧,它实际上直接监控输出电压,当它比参考电压低的时候,到一定时间在下降的时候,实际上就是通过直接对输出电压的监控来实现它的直接控制,因此,相位补偿,因为它是很直接看什么时候开始,什么时候关,相位补偿不需要去进行设计,因为它的速度很高。另外,负载响应特性良好,广泛应用在CPU,电压比较低,电流比较大的场合,负载变化比较剧烈的情况下。这个是我们导通时间控制的方式,实现的一个波形,只有当负载电流突变的时候,只有一小点点波动就能够稳定在一个应当输出的电压方式上。通过对非绝缘的DCDC转换的导通时间控制方式,把它移植到了绝缘内部上,在ROHM自身还有自身的一些专利技术的应用,我们叫做自适应导通时间控制,完全实现了导通时间控制上的种种优点的移植,比如不需要相位补偿,负载响应仍然是很好的,这就是应用在栅极绝缘驱动器,隔离通信这块,从电源上就可以得到广泛的应用。

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通过负载补偿纠正二极管压降

       第三个特色是通过负载补偿纠正输出特性,能够保证在重负载的时候,实现输出电压的平稳。这是ROHM独有的技术,因为它不存在直接的反馈,当负载比较重的时候,到电流进入连续区的时候,实际上电路也是一个很正常的现象,电流大了,电压下降会比较大。ROHM有一个独自开发的一个应用技术,通过一个电阻来设定反馈的比例,调整这个比例,来实现在大电流的时候,我们能够在某种程度上对输出电压进行补偿,把大电流的时候,本来应该跌落的电压,能够实现在全电流负载上,能够实现输出电压的稳定。

       在采访过程中,周劲反复强调这款全新的BD7F系列新品的高可靠性,正是使用了ROHM独有的专利技术,才使得它在未来的市场竞争中大有可为。

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