基于柵極驅(qū)動、運(yùn)放的家用空調(diào)電源解決方案

必易微作為高性能模擬及數(shù)?；旌?a target="_blank">芯片供應(yīng)商，提供一站式整體解決方案。本次帶來家用空調(diào)電源解決方案，炎夏將至，提醒大家降溫防暑。

空調(diào)也叫“熱泵”，顧名思義就是泵送熱量，空調(diào)制冷制熱的工作原理就是以制冷劑為載體將熱量來回搬運(yùn)。制冷時，制冷劑從室內(nèi)吸收熱量搬運(yùn)到室外，使室內(nèi)溫度降低；制熱時，制冷劑從室外吸收熱量搬運(yùn)到室內(nèi)，使室內(nèi)溫度升高。通俗一點(diǎn)來講，空調(diào)只是熱量的搬運(yùn)工。壓縮機(jī)、膨脹閥、冷凝器、蒸發(fā)器、風(fēng)機(jī)等是空調(diào)搬運(yùn)熱量的核心組件，需要復(fù)雜、可靠的電源系統(tǒng)做支撐。

圖 1. 家用空調(diào)內(nèi)機(jī)應(yīng)用框圖

圖 2. 家用空調(diào)外機(jī)應(yīng)用框圖

以上兩張圖展示了家用空調(diào)內(nèi)機(jī)和外機(jī)的系統(tǒng)框圖。其中，必易微提供的 AC-DC 轉(zhuǎn)換、DC-DC 轉(zhuǎn)換、柵極驅(qū)動、運(yùn)放解決方案，可以幫助打造強(qiáng)健的空調(diào)電源系統(tǒng)。

AC-DC 方案?

方案 1

反激方案

KP3667X 是集成 700V 高壓 MOS 的 SSR 功率開關(guān)管系列產(chǎn)品，包含 KP36673、KP36674 和 KP36675。它內(nèi)置 700V 高壓啟動 JFET，可以省去啟動電阻，降低啟機(jī)延遲和待機(jī)功耗；內(nèi)部具有高精度 132kHz 開關(guān)頻率振蕩器，且?guī)в卸额l功能以優(yōu)化 EMI；集成完備的保護(hù)功能。

KP3637X 是集成 700V 高壓 MOS、帶 Line OVP/BOP 功能的 SSR 功率開關(guān)管系列產(chǎn)品，包含 KP36373 和 KP36374。Line OVP/BOP 功能使電源在輸入電壓異常時停機(jī)保護(hù)，從而增加了電源的可靠性；KP3637X 的 Line OVP/BOP 功能可以滿足 DC 輸入和 AC 輸入兩種配置方式。

方案 2

非隔離方案

KP32652 是一款固定 15V 輸出的非隔離功率開關(guān)管，支持 Buck 和 Buck-Boost 拓?fù)?。KP32652 將反饋電阻集成，可以解決傳統(tǒng)反饋電阻外置方案容易受干擾導(dǎo)致輸出不穩(wěn)定的問題。

表 1. AC-DC 方案選型表

DC-DC 方案?

空調(diào)電路板空間非常緊湊，強(qiáng)電和弱電交叉布局，從而對 DC-DC 的功能有著特殊的需求，KP522302E? 是專門為白電應(yīng)用打造的第三代解決方案：

優(yōu)勢 1

優(yōu)秀的 EMC 表現(xiàn)

固定 500kHz 工作頻率，兼顧效率，EMC 和 Bom 成本。

特別調(diào)制的 MOS 開啟壓擺率和關(guān)閉壓擺率，極大降低 DC-DC 的輻射能量。

增加抖頻功能，工作頻率從 94%Fsw 到 106%Fsw 之間來回平滑變化，從而降低倍數(shù)工作頻率點(diǎn)的電場和漏磁峰值輻射能量。白電應(yīng)用對成本比較敏感，所以客戶一般會選擇性價比高的工字型非屏蔽電感或者普通的片式非屏蔽電感，由于空調(diào)內(nèi)部空間的限制，從而導(dǎo)致 DC-DC 的電感距離 220VAC 強(qiáng)電的線束較近，這樣導(dǎo)致 DC-DC 的電場輻射和電感的漏磁輻射會直接耦合到 220VAC 電源線上，從而在 DC-DC 倍數(shù)工作頻率點(diǎn)傳導(dǎo)不能滿足測試要求。抖頻功能可以有效解決這個問題，通過示波器 FFT 分析可以明顯看到效果，如一倍頻點(diǎn)峰值能量降低了 52%，三倍頻點(diǎn)降低了 55%。

圖?3.?FFT 測試對比

優(yōu)勢 2

超強(qiáng)抗干擾能力

峰值電流模式控制方式，抗干擾能力強(qiáng)，超快的輸入電壓調(diào)整率，非常容易通過浪涌及脈沖群測試。

由于空調(diào)壓縮機(jī)功率很大，壓縮機(jī)的啟停都很容易導(dǎo)致 DC-DC 的輸入有高頻浪涌或者過沖電壓信號，KP522302E 良好電壓調(diào)整率保證了精準(zhǔn)的輸出電壓控制，同時也提高了系統(tǒng)可靠性。

?

圖 4. 2A load，12VIN——>15VIN，SR = 50V/ms

圖 5.?2A load，15VIN——>12VIN，SR = 50V/ms

優(yōu)勢 3

VIN UVLO 功能

空調(diào)里面 DC-DC 一般都是用作 12V 轉(zhuǎn) 5V 的應(yīng)用，而 DC-DC 的最低工作電壓一般都能支持到 4.5V 左右，KP522302E 的 EN 管腿內(nèi)置帶遲滯功能 500mV 的基準(zhǔn)，可以通過外置分壓電阻實(shí)現(xiàn) VIN 上升閾值和下降閾值的設(shè)定，避免緩慢上電或掉電導(dǎo)致的系統(tǒng)鎖死、復(fù)位或者屏閃等問題。

圖 6.?VIN UVLO 閾值設(shè)置

優(yōu)勢 4

全套兼容方案

SOT23-6 封裝，非常友好支持單面 PCB，提供 17V 中壓，30V 和 36V 高壓全套兼容解決方案。

優(yōu)勢 5

高轉(zhuǎn)換效率

內(nèi)置 72mΩ?的上 MOS 和 35mΩ?的下 MOS，12V 轉(zhuǎn) 5V 峰值效率可達(dá) 94%。另外提供 PFM 和 FPWM 兩種模式芯片，PFM 版本在 10mA 時效率可達(dá) 90%，可以進(jìn)一步助力空調(diào)提高能效。

圖 7.?KP522302E 效率曲線

(VOUT = 5V, L1 = 8.2μH, DCR = 60mΩ)

表 2. DC-DC 方案選型表

柵極驅(qū)動方案?

方案 1

柵極驅(qū)動器

KP8563X 是一款 650V 耐壓，拉電流/灌電流分別為 200mA/350mA 的三相半橋柵極驅(qū)動器，專用于驅(qū)動 MOSFET 和 IGBT 而設(shè)計(jì)。開關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)壓可達(dá) -7V 以上和至少 50V/ns 電壓變化率，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)。芯片同時集成了欠壓閉鎖、具有自動故障清除功能的過流保護(hù)、故障指示以及使能功能。欠壓閉鎖保護(hù)功能，防止功率管在過低的電壓下工作。過流保護(hù)閾值可通過外部電阻調(diào)節(jié)，系統(tǒng)外圍電路簡單。漏極開路的故障輸出信號可在發(fā)生過流或欠壓關(guān)斷時提供指示信號。集成使能功能，可控制芯片工作與否。

KP8530X 是一款 650V 耐壓，集成自舉二極管的半橋柵極驅(qū)動器，具有 0.3A 拉電流和 0.6A 灌電流能力，專用于驅(qū)動功率 MOSFETs 或 IGBTs。KP8530X 具有良好的電流輸出及出色的抗瞬態(tài)干擾能力，在輸入邏輯引腳 -5V，開關(guān)節(jié)點(diǎn) VS -7V 情況下可保證系統(tǒng)正常工作?？芍С种辽?50V/ns 的 dv/dt 變化。同時具有完善保護(hù)功能，包括：輸入浮空或輸入脈沖寬度不足時，輸出保持低電平。內(nèi)置互鎖和死區(qū)保護(hù)功能，可防止高低側(cè)驅(qū)動同時打開，同時芯片具有高側(cè)和低側(cè) UVLO 保護(hù)。

表 3. 柵極驅(qū)動器選型表

方案 2

低側(cè)柵極驅(qū)動器

KP85751 是一款 25V 耐壓, 2 通道，5A 電流驅(qū)動能力的低側(cè)柵極驅(qū)動芯片，高達(dá) 5A 的灌和吸電流能力可加快功率器件開關(guān)速度，降低開關(guān)損耗，提高系統(tǒng)效率。同時該芯片支持 25V 電源電壓，提高了系統(tǒng)的魯棒性，良好的通道傳播延遲和匹配為嚴(yán)格的工業(yè)和大家電應(yīng)用提供了高可靠性設(shè)計(jì)。

表 4. 低側(cè)柵極驅(qū)動器選型表

電機(jī)驅(qū)動方案?

方案 1

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器

KP83130 是一款具有 1.5A 峰值驅(qū)動電流和 0.8A 持續(xù)電流能力的雙 H 橋馬達(dá)驅(qū)動芯片，可以控制馬達(dá)進(jìn)入正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、剎車、滑行和低功耗睡眠模式。該芯片集成了欠壓保護(hù)、過溫保護(hù)、輸出短路保護(hù)等功能。

表 5. 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器選型表

總結(jié)

目前空調(diào) IC 元件的國產(chǎn)化替代進(jìn)入到深水區(qū)，必易微以“獨(dú)特創(chuàng)新，易于使用”的公司理念，為空調(diào)市場提供高性價比和高可靠性的一站式整體解決方案。

編輯：黃飛

?