高溫環境下的家用綠色電源設計方案

一、設計背景

烹飪過程中不僅會產生熱量，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℃的環境溫度及高濕度條件下穩定工作。此外，電源設計還需滿足國際性EMI及安全標準，并有助于實現節能目標。能源消耗不僅限于電量使用，還包括材料和資源的使用、廢棄物的產生以及環境污染物的排放。

歐盟委員會發布的生態設計指令（EuP）要求在歐洲銷售的所有用能產品在初設計時都能將環境影響降至最低。生態設計指令致力于降低產品整個生命周期內的能耗水平。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境下家用綠色電源設計的主控芯片型號及其作用。

1. Power Integrations LinkSwitch-CV系列產品

型號：LNK623PG

作用：

• 能效優化：LinkSwitch-CV系列產品集成了一個700V MOSFET和制作開關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節提供初級側控制，確保5%電壓控制的反饋功能由變壓器內的偏置繞組提供。初級側控制技術省去了反饋及控制環路補償電路，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，可以滿足嚴格的能效規范，如EuP Lot 6要求。在滿載時，該電源通?？蓪崿F70%的效率，并在整個寬負載范圍內維持這一效率水平。

• 安全性：Power Integrations同時設計出了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生。

具體應用：

• 反激式拓撲結構：來自AC市電經整流的DC電壓，由LNK623PG中的高壓MOSFET通過變壓器T1的初級側進行開關。在每次OFF轉換時，T1中的崩潰磁場將能源轉移到次級，經整流會產生穩定的DC輸出電壓。

• 電壓調節：針對FB引腳中出現的電壓變化，LNK623PG內的ON/OFF控制電路可提供調節功能。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。通過調節使能開關周期與禁止開關周期的比例，LNK623PG可維持±5%的電壓調節率。

• 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生。

2. 賽威 SF5877

型號：SF5877

作用：

• QR-Ⅱ專利技術：SF5877滿足能效6級標準，具有HV-Mw專利技術，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關斷功能，提高輕載效率。

• 廣泛應用：SF5877外驅MOS，應用領域廣泛，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。

• 高效節能：SF5877具有專利技術肖除異音，適合用于高溫環境下的電源設計。

具體應用：

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

• PFC關斷功能：通過集成PFC關斷功能，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，符合當前環保節能的要求，適用于家庭、辦公室等場所的電源設計。

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境下家用綠色電源設計的主控芯片。例如，一些集成了智能控制功能的芯片，可以通過調整工作頻率和占空比來優化能效。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境下的應用。

• 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。在保證穩定性的前提下，選擇適當的工作頻率可以優化能效。

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

三、電源設計詳細方案

1. 輸入濾波電路設計

輸入濾波電路用于濾除電網中的高頻噪聲和干擾，保證電源的穩定性和可靠性。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. 整流電路設計

整流電路將交流電轉換為直流電，為后續的DC/DC變換器提供穩定的直流輸入。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換為脈動直流電。

3. DC/DC變換器設計

DC/DC變換器是電源設計的核心部分，用于將整流后的直流電轉換為所需的輸出電壓和電流。根據輸出電壓和電流的要求，可以選擇不同的DC/DC變換器拓撲結構，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。

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

4. 輸出濾波電路設計

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生時及時切斷電源或調整工作狀態，保證電源和負載的安全。

四、高溫環境下的可靠性設計

在高溫環境下，電源設計的可靠性至關重要。以下是一些提高電源可靠性的措施：

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

• 優化散熱設計：通過增加散熱片、使用散熱風扇等措施，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：在高溫環境下對電源進行充分的測試，包括穩定性測試、負載測試、溫度循環測試等，確保電源能夠在高溫環境下穩定工作。

五、結論

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