極精簡節(jié)能的瞬間高功率輸出解決方案

手工具機(jī)、噴墨式印表機(jī)及硬碟機(jī)等馬達(dá)性負(fù)載啟動瞬間需要較高的啟動電流，因此， 此類產(chǎn)品的電源供應(yīng)器在啟動瞬間要能提供較高的功率（Peak power）輸出，但平時(shí)工作狀態(tài)時(shí)所需的功率卻又遠(yuǎn)低于啟動瞬間所需功率。面對如此大范圍變化的功率需求，若以啟動瞬間的條件來設(shè)計(jì)變壓器，會造成平時(shí)工作狀態(tài)的過度設(shè)計(jì)（Overdesign）而增加設(shè)計(jì)成本，因此，應(yīng)用需求與設(shè)計(jì)成本之間的取舍往往造成設(shè)計(jì)上的困難。為了對這些需求進(jìn)行最佳化設(shè)計(jì)，以下我們將針對需求特性及原理進(jìn)行分析。

　　根據(jù)法拉第定律，返馳式轉(zhuǎn)換器（Flyback cONverter）的能量轉(zhuǎn)換公式如式（1）所示，由以下公式中我們可以看出，一次側(cè)的峰值電流變化量受到輸入電壓（VI）、電感感量（L）、導(dǎo)通時(shí)間（DON）以其操作頻率（FSW）等參數(shù)影響。以前述例子而言，啟動瞬間需要較大的啟動電流（IP），因此開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間會隨著負(fù)載不斷增加，使得峰值電流變化（DIP）也隨之上升，此時(shí)，磁通量密度可能會因?yàn)檫^大的峰值電流變化而超過其承載上限值（BMAX），造成變壓器飽和產(chǎn)生短路線現(xiàn)象，導(dǎo)致一次側(cè)峰值電流急速增加而毀損周邊原件，如圖1所示。

　　一次側(cè)峰值電流變化量

　　VI 輸入電壓

　　DON 開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間

　　L 一次側(cè)電感感量

　　FSW 關(guān)關(guān)切換頻率

圖1、變壓器飽和現(xiàn)象

　　由公式（1）中可得知，峰值電流變化和開關(guān)切換頻率呈反比關(guān)系，如公式（2）所示。若將開關(guān)切換頻率隨負(fù)載增加而提升（圖2），能夠有效抑制峰值電流的變化量，不僅可提供瞬間高瓦特?cái)?shù)輸出，提升瞬間的啟動能力，更能降低變壓器在啟動瞬間的磁通，縮小元件尺寸并降低成本。

圖2. 依據(jù)負(fù)載調(diào)整開關(guān)切換頻率