Global Sources
電子工程專輯
 
電子工程專輯 > 功率技術/新能源
 
 
功率技術/新能源  

滿足能源之星的視訊轉換盒供電系統設計方案

上網時間: 2008年03月13日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:視訊轉換盒  供電系統  能源之星 

美國政府計劃從2009年起將電視廣播由類比轉為數位訊號。對於不收看付費電視的消費者則需要一個數位類比轉換盒才能接收到電視節目。據統計,有85~90%的美國家庭收看付費電視,但仍有約7,800萬台電視接收類比訊號。

美國環保署評估電視數位類比轉換盒每年要消耗30億千瓦、如果數位類比轉換盒滿足能源之星的要求,將會節省約130億千瓦。把無線傳播的數位訊號轉換成類比電視可接受訊號的設備,即所謂的DTA。DTA並不內含透過衛星或電纜傳播訊號的轉換器,也不是類似DVD播放器等具有數位類比轉化能力的電器。

DTA要求的能源之星標準如表1所示,休眠模式功耗最多不超過1瓦,正常工作時的最高輸入功率不能超過8W。一般系統需提供4組以上的高精密度供電電壓,為天線、主晶片、記憶體、音訊和調諧器供電。為了滿足這個標準,必須在不同的輸出電壓下保證電源的高效率。為了適應市場要求,在高性能前提下必須考慮供電系統的成本問題。

正常工作模式

表1有兩種狀態的功耗要求,一種為正常工作功耗,另一種是待機功耗。以下將分別闡述如何達到這些要求。

首先考慮在正常工作狀態下的要求。用戶可根據自己系統的損耗不同而選擇不同的電源拓樸線路。如果系統功耗已達到6W,要實現8W以下的能源之星標準,就必須使效率達到75%以上,以最簡單的低成本線路來說,要滿足75%以上效率,採用交直流開關電源是不切實際的。為了提高效率,使用同步整流線路是一個不錯的選擇。圖1是一種簡單的同步整流線路,使用同步整流方式通常可使效率達到80%。圖2顯示了一種簡單的非同步整流線路。

1. 同步整流的工作原理

與非同步線路相比,同步線路比最大的損耗減少源於MOSFET的導通壓降損耗取代了蕭特基二極體的導通損耗。在次級側控制的隔離開關電源同步整流拓樸中,透過從變壓器次級輸出獲得有關控制訊號來作為同步整流的觸發訊號,在不連續導通模式(DCM)狀態下,控制次級的同步整流MOSFET的工作,而進行同步整流作業。

2. 提供多組電壓的方法

系統要求至少4組以上的不同輸出電壓。對於一般的低電流要求,可以使用一般的線性降壓元件,但對於要求功率大、效率高的就必須合理搭配和選擇合適的直流轉換線路。例如:系統的天線線路部份需12V供電;音訊和調諧器需5V供電;記憶體需2.6V供電;主晶片需3.3V和1.8V供電,而1.8V的電流要求達到1.7A左右,這樣如果直接使用12V轉換成下列各種電壓,對於直流轉換控制晶片在成本和效率上是嚴峻的考驗,所以通常取主開關電源輸出為5V,然後透過升壓和降壓來合理分配各個輸出。

圖3和圖4是一種推薦的線路,圖3是升壓線路,採用安森美半導體的NCP3063,可將5V電壓提升到12V為天線供電。透過控制3接腳來達到‘ON’或‘OFF’功能。圖4是降壓線路,採用安森美的NCP1595A,5V電壓轉換成1.8V或3.3V,此線路效率達95%,可提供1.7A電流,且具有過壓過流保護功能。透過控制6接腳可控制線路的‘ON’或‘OFF’功能。可在待機時關閉線路,滿足能源之星的要求。

圖5為一款滿足能源之星DTA供電系統的結構圖。需注意若使用開關電源直接輸出多組,外觀上可能可以節省成本,但除了很難滿足能源之星的要求外,因多組輸出在精密度控制,紋波和交叉調整率上有很大的變化,將對主晶片、音訊和調諧器帶來極大的考驗,對美國NTIA測試也將帶來極大挑戰,可能收到得不償失的效果。

圖1:次級同步整流線路。
圖1:次級同步整流線路。

圖2:普通蕭特基整流線路。
圖2:普通蕭特基整流線路。

圖3:DC-DC 升壓轉換線路。
圖3:DC-DC 升壓轉換線路。

圖4:DC-DC 降壓轉換線路。
圖4:DC-DC 降壓轉換線路。

圖5:一款系統供電系統示意圖。
圖5:一款系統供電系統示意圖。

待機模式的控制線路設計

在高效率的同步整流和DC-DC轉換條件下,為了滿足待機模式下的功率要求,必須讓所有不必要的線路停止工作。圖6為一種P-MOS待機切斷線路,系統主晶片能提供相關的關閉控制訊號,簡單地達到待機關閉功能。

有些使用在DTA上的系統單晶片必須透過一個待機MCU提供喚醒和待機控制訊號,才能達到能源之星的要求。如果使用MCU做待機處理,為了達到性價比的合理搭配,可在供電系統上使用開關電源多組輸出電壓線路,以減少大功率DC-DC轉換IC的使用,廿減少因增加一個MCU所帶來的成本差別,達到合理的成本均衡。

圖6:待機模式下的控制線路。
圖6:待機模式下的控制線路。

圖7:MCU控制待機的低成本的DTA開關電源線路。
圖7:MCU控制待機的低成本的DTA開關電源線路。

低功耗系統的供電設計

有些DTA系統功耗少於5W,這樣可以使用一個簡單的開關電源。如圖2是一種最簡單的交直流轉換開關,電源輸出為12V,在系統待機時提供35mA的電流,效率達53%,完全滿足待機1W的能源之星要求。輸出12V後透過DC-DC(圖8)和使用LDO(圖9)進行分壓,為系統的不同部份供電。不過需注意一般DC-DC晶片12V系列比5V系列貴,如果能透過5V轉換是個不錯的選擇。

圖8:DTA簡單的DC-DC轉換線路。
圖8:DTA簡單的DC-DC轉換線路。

圖9:降壓LDO線路。
圖9:降壓LDO線路。

本文小結

為了設計滿足能源之星要求的DTA,我們必須先瞭解整個系統的功耗,然後選擇最合適的供電方式,選擇合適的電源拓樸。對於功耗較高的主控制部份,就須選擇高效能的AC-DC或DC-DC轉換,如果系統某些部份並沒有較大的功耗,可使用LDO、低功率DC-DC的轉換,或變壓器的多組輸出來滿足要求。無論如何設計,最佳的成本和性能比永遠是評價一款產品最重要的指標。

表1:DTAs能源之星標準。
表1:DTAs能源之星標準。

蘇惠祥

專案經理

趙文昊

助理業務經理

安森美半導體公司




投票數:   加入我的最愛
我來評論 - 滿足能源之星的視訊轉換盒供電系統設計...
評論:  
*  您還能輸入[0]個字
*驗證碼:
 
論壇熱門主題 熱門下載
 •   將邁入40歲的你...存款多少了  •  深入電容觸控技術就從這個問題開始
 •  我有一個數位電源的專利...  •  磷酸鋰鐵電池一問
 •   關於設備商公司的工程師(廠商)薪資前景  •  計算諧振轉換器的同步整流MOSFET功耗損失
 •   Touch sensor & MEMS controller  •  針對智慧電表PLC通訊應用的線路驅動器
 •   下週 深圳 llC 2012 關於PCB免費工具的研討會  •  邏輯閘的應用


EE人生人氣排行
 
返回頁首