微功率电源的技术瓶颈及解决方案
来源：致远电子
摘要：各位工程师在电源选型中通常会尽可能的要求模块的效率更高、容性负载更大、启动能力更强，但在传统方案中，这些参数是相互制约无法都做到最佳，这是微功率电源行业技术瓶颈。那么存在最优方案吗？本文为你解答。
传统的微功率电源模块采用自激推挽拓扑的电路，各项性能之间的相互制约(如表 1所示：启动能力与容性负载能力相互加强作用，而与电源转换效率是相互制约的，启动能力强则电源转换效率低)，难以均衡、难以采用常规技术突破，导致成本高、性价比低；同时该拓扑结构电路是无异常工况保护功能，在电路出现异常工作状态时，会导致电源模块损坏，甚至导致灾难性的后果，而且行业内的微功率电源模块有如下三道难题：
表 1 各性能相互制约表
难题一：输出短路保护与输出特性
市面上支持短路保护的电源主要采用两种方案，但均存在较大的缺陷：
（1）行业内比较常用的方法是利用变压器绕组分离的技术实现长期输出短路保护功能，但采用这种方式带来的后果是大大减低了产品的转换效率、纹波噪声较大并且提高了成本；
（2）采用自主磁芯专利技术实现可持续短路保护，但为避免短路时，后端重载会导致模块损坏，因此输出容性负载能力差。
难题二：启动能力、容性负载与转换效率、短路保护功能的相互制约
电源设计中启动能力、容性负载常常与转换效率相互制约的，目前存在的难点在于：
（1）微功率电源一般采用rc启动方式，启动能力和容性负载能力要强，则需要大的启动电流，导致转换电路内部的功耗大，输入与输出间的转换效率就低。
（2）同时vcc容量大，由于模块内部单独依靠芯片，内部电流环将会引起短路保护，从而导致进入保护状态，因此必须在容性负载和过流(及短路保护)之间找一下平衡点。
难题三：满载及轻载高效率与空载功耗低
电源模块的效率也是用户关心的参数，其中包括满载与轻载效率：
（1）开关电源，损耗大部分来自开关器件(mosfet和二极管)以及磁芯损耗，负载电阻的消耗是不变的，因此外接负载越小，损耗率越高，轻载效率低；
（2）对于定压电源模块的空载电流一般要求低于10ma，而业界内因技术局限一般只能做到15-30ma的水平。
在公司提倡“积极倾听客户需求、精心构建产品质量”的时代背景，p系列电源模块的推出是聚焦于解决行业内小功率电源模块的难题：容性负载能力差、转换效率低、无短路保护功能、静态功耗高等等，满足客户的极致体验。
优势一：自主研发，ic集成化技术，性能一致性、高可靠性
zy定压系列是传统的自激推挽电路设计技术，而p系列采用高度集成化的ic电路方案，可确保产品的性能一致性，减少分立器件本身参数离散性对性能的影响。
优势二：封装完全兼容，性能跨越性提升
（1）封装全兼容：为了不影响原有客户产品的使用，p系列在封装、引脚完美兼容zy系列产品；封装形式多样，包括sip封装、smd封装、dip封装，让客户在系统更新换代、性能升级过程中无需更改原有的pcb；
（2）转换效率更高：p系列在效率方面表现优异，实现了满载85%以上的效率，且轻载高达75%以上效率；
（3）更低空载电流：p系列产品的空载功耗，做到5ma以下的空载电流，特别适合于对空载功耗要求极高的应用场合，如便携式设备等；
（4）工作环境温度更宽：p系列产品高温特性提升了20℃的工作环境温度，提升模块在更恶劣的工作环境适应能力，保障系统的高可靠性；
（5）实现持续短路保护：p系列产品有效避免系统前级电源因后级电源的失效而引发的各种响应，有效阻止系统的灾难性发生，从而提高了整个系统可靠性；
（6）容性负载能力更强：p系列产品的容性负载能力有了质的飞越，如：5v输出产品的容性负载从220uf直接提升到2400uf，并且可以在cc模式下启动，解决了行业内可持续短路保护与容性负载能力不可兼得的矛盾，如表 1所示的短路保护功能与启动能力、容性负载相互制约。
优势三：为保证电源产品性能建设了行业内一流的测试实验室
p系列通过完整的emc测试，静电抗扰度高达4kv、浪涌抗扰度高达2kv，可应用于绝大部分复杂恶劣的工业现场，为用户提供稳定、可靠的电源隔离解决方案。
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传统的微功率电源模块采用自激推挽拓扑的电路，各项性能之间的相互制约(如表 1所示：启动能力与容性负载能力相互加强作用，而与电源转换效率是相互制约的，启动能力强则电源转换效率低)，难以均衡、难以采用常规技术突破，导致成本高、性价比低；同时该拓扑结构电路是无异常工况保护功能，在电路出现异常工作状态时，会导致电源模块损坏，甚至导致灾难性的后果，而且行业内的微功率电源模块有如下三道难题：
表 1 各性能相互制约表
难题一：输出短路保护与输出特性
市面上支持短路保护的电源主要采用两种方案，但均存在较大的缺陷：
（1）行业内比较常用的方法是利用变压器绕组分离的技术实现长期输出短路保护功能，但采用这种方式带来的后果是大大减低了产品的转换效率、纹波噪声较大并且提高了成本；
（2）采用自主磁芯专利技术实现可持续短路保护，但为避免短路时，后端重载会导致模块损坏，因此输出容性负载能力差。
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（1）微功率电源一般采用rc启动方式，启动能力和容性负载能力要强，则需要大的启动电流，导致转换电路内部的功耗大，输入与输出间的转换效率就低。
（2）同时vcc容量大，由于模块内部单独依靠芯片，内部电流环将会引起短路保护，从而导致进入保护状态，因此必须在容性负载和过流(及短路保护)之间找一下平衡点。
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（2）转换效率更高：p系列在效率方面表现优异，实现了满载85%以上的效率，且轻载高达75%以上效率；
（3）更低空载电流：p系列产品的空载功耗，做到5ma以下的空载电流，特别适合于对空载功耗要求极高的应用场合，如便携式设备等；
（4）工作环境温度更宽：p系列产品高温特性提升了20℃的工作环境温度，提升模块在更恶劣的工作环境适应能力，保障系统的高可靠性；
（5）实现持续短路保护：p系列产品有效避免系统前级电源因后级电源的失效而引发的各种响应，有效阻止系统的灾难性发生，从而提高了整个系统可靠性；
（6）容性负载能力更强：p系列产品的容性负载能力有了质的飞越，如：5v输出产品的容性负载从220uf直接提升到2400uf，并且可以在cc模式下启动，解决了行业内可持续短路保护与容性负载能力不可兼得的矛盾，如表 1所示的短路保护功能与启动能力、容性负载相互制约。
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