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工業(yè)設(shè)備市場穩(wěn)步向前發(fā)展，2016 年預(yù)計(jì)會(huì)達(dá)到 350 億美元，三年后預(yù)計(jì)會(huì)達(dá)到 500 億美元的市場規(guī)模。在工業(yè)設(shè)備中，隔離型電源在保護(hù)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(hù)作用體現(xiàn)在哪里？ROHM 半導(dǎo)體（上海）有限公司設(shè)計(jì)中心應(yīng)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(hù)，整個(gè)功率系統(tǒng)是通過控制高壓大電流的功率器件來實(shí)現(xiàn)對整個(gè)電路的控制，如何實(shí)現(xiàn)電路的控制？實(shí)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(huì)影響整個(gè)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(shè)備發(fā)生異常時(shí)，隔離型電源會(huì)切斷高壓線路電力的來源，同時(shí)保證把信號(hào)送出去，這就避免了維修人員直接接觸強(qiáng)電，從而避免高壓電對人身帶來傷害?！?br /> 為了實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)和操作人員的保護(hù)，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(diǎn)：第一，去光電耦合器，簡化電路設(shè)計(jì)，減少零部件數(shù)量；第二，通過自適導(dǎo)通時(shí)間控制，改善負(fù)載響應(yīng)特性；第三，通過負(fù)載補(bǔ)償糾正輸出特性，能夠保證在重負(fù)載的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的平穩(wěn)。”
圖 1：ROHM 半導(dǎo)體（上海）有限公司 設(shè)計(jì)中心 應(yīng)用技術(shù)二部 高級經(jīng)理 周勁
無光電耦合器，簡化電路設(shè)計(jì)
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(huì)使用光電耦合器。光電耦合器是通過一個(gè)電流來檢測電源輸出的電壓，這邊接收到光信號(hào)之后來改變一個(gè)電阻。對于壽命，發(fā)光二極管壽命是有衰減的，隨著時(shí)間的推移，檢測到同樣的電流時(shí)，發(fā)光二極管的亮度會(huì)逐漸衰減，因此半導(dǎo)體感應(yīng)出來的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)也是會(huì)逐漸衰減，因?yàn)閴勖容^短，幾年之后就需要更換；對于溫度，因?yàn)閮蓚€(gè)半導(dǎo)體器件都是會(huì)受到溫度變化的影響，工業(yè)設(shè)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(huì)出現(xiàn)特性漂移，也就造成電路會(huì)有不穩(wěn)定狀況出現(xiàn)，我們必須做出相應(yīng)的補(bǔ)償；它本身是靠電流來發(fā)光，所以光電耦合器自身會(huì)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(gè)波形，然后二次側(cè)來感應(yīng)出這個(gè)電流，從而實(shí)現(xiàn)電壓的輸出。變壓器初級的這個(gè)波形就是一個(gè)開關(guān)的波形，這個(gè)峰值被稱作 VSW，就是開關(guān)變壓的一個(gè)模型。實(shí)際上 VSW 是輸入電壓再加上輸出電壓和一個(gè)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(gè)信息，難點(diǎn)在于怎么把這個(gè)信息讀取出來，反應(yīng)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(gè)信息提取電路，把 VSW 相關(guān)的內(nèi)容提取出來，實(shí)現(xiàn)對 VSW 的監(jiān)控，把 VSW 波形提取之后，間接地實(shí)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(shí)現(xiàn)對二次側(cè)輸出電壓的監(jiān)控?！?/p>
通過自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間控制，改善負(fù)載響應(yīng)特性
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圖 3：自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)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(gè)三角波來實(shí)現(xiàn)控制，當(dāng)負(fù)載發(fā)生突然變化時(shí)，輸出電壓會(huì)有一個(gè)波動(dòng)，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(dǎo)通時(shí)間控制，它直接監(jiān)控輸出電壓，當(dāng)它比參考電壓低時(shí)，到一定時(shí)間就會(huì)通過直接對輸出電壓的監(jiān)控來實(shí)現(xiàn)它的直接控制，因此相位補(bǔ)償不需要去進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)樗乃俣群芨?。另外，?fù)載響應(yīng)特性良好，廣泛應(yīng)用在 CPU，電壓比較低，電流比較大，負(fù)載變化比較劇烈的情況下。圖 3，是我們導(dǎo)通時(shí)間控制的方式實(shí)現(xiàn)的一個(gè)波形，只有當(dāng)負(fù)載電流突變的時(shí)候，只有一點(diǎn)波動(dòng)就能夠穩(wěn)定在一個(gè)應(yīng)當(dāng)輸出的電壓方式上。通過對非絕緣的 DCDC 轉(zhuǎn)換的導(dǎo)通時(shí)間控制方式，把它移植到了絕緣內(nèi)部。我們的自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間控制，完全實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)通時(shí)間控制上的優(yōu)點(diǎn)移植，比如：不需要相位補(bǔ)償，負(fù)載響應(yīng)仍然很好，因此在柵極絕緣驅(qū)動(dòng)器隔離通信部分的電源上可以得到廣泛的應(yīng)用。”
通過負(fù)載補(bǔ)償糾正二極管壓降
圖 4：壓降補(bǔ)償圖
如圖 4 所示，因?yàn)樗淮嬖谥苯拥姆答?，?dāng)負(fù)載比較大時(shí)，電流進(jìn)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(gè)電阻來設(shè)定反饋的比例，調(diào)整這個(gè)比例，來實(shí)現(xiàn)在大電流的時(shí)候，我們能夠在某種程度上對輸出電壓進(jìn)行補(bǔ)償，把大電流的時(shí)候本來應(yīng)該跌落的電壓進(jìn)行補(bǔ)償，從而能在全電流負(fù)載上實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。而且這個(gè)比例是可以調(diào)整的，例如，這個(gè)電阻選取了 43K 的時(shí)候，當(dāng)然這個(gè)是可以根據(jù)負(fù)載電流的范圍來進(jìn)行調(diào)整，43K 實(shí)測的一個(gè)值，不存在反饋補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，5.05 會(huì)下降到 4.85 左右，下降這么多，在選取了 43K 補(bǔ)償電阻的話，基本能夠穩(wěn)定在 5 伏以上，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定，這是羅姆（ROHM）一個(gè)獨(dú)有的技術(shù)。”
圖 5：產(chǎn)品圖
生產(chǎn)流程完全，產(chǎn)品穩(wěn)定供應(yīng)
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(huì)迫使用戶修改設(shè)計(jì)方案，推遲交貨時(shí)間，甚至無法交貨，工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)用戶更是如此，如果出現(xiàn)以上情況損失無法預(yù)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(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高品質(zhì)。得益于這個(gè)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(huì)保證十年以上的穩(wěn)定的供貨?！?/p>
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