在越來(lái)越多的應(yīng)用中，對(duì)導(dǎo)通和關(guān)斷AC輸入電源的器件的性能進(jìn)行優(yōu)化是一個(gè)重要考慮因素，這些應(yīng)用包括智能家居/智能建筑(HBA)、支持物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的家電、智能開關(guān)和插頭、調(diào)光器和人體感應(yīng)傳感器，特別適用于采用繼電器或可控硅進(jìn)行功率控制的設(shè)計(jì)。當(dāng)AC電源異步導(dǎo)通或關(guān)斷而不考慮其所處的電壓時(shí)，效率和可靠性會(huì)受到不利影響，必須添加電路以保護(hù)開關(guān)免受高瞬態(tài)電流的影響。
當(dāng)AC電源異步導(dǎo)通時(shí)，浪涌電流可能超過(guò)100A。反復(fù)暴露于高浪涌電流會(huì)對(duì)繼電器和可控硅的可靠性和使用壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。電觸點(diǎn)的預(yù)期壽命因浪涌電流需求而縮短，通常限于10萬(wàn)次操作，盡管機(jī)械壽命可能是100萬(wàn)次、1000萬(wàn)次，甚至1億次?？紤]到可控硅，當(dāng)控制呈現(xiàn)低初始阻抗的負(fù)載時(shí)，也可能發(fā)生漸進(jìn)式柵極退化。在這兩種情況下，最大限度地減少或消除浪涌電流有助于延長(zhǎng)預(yù)期壽命和提高可靠性。
對(duì)于繼電器，如果在輸入電壓正弦波處于周期的高點(diǎn)時(shí)斷開（關(guān)斷）器件，則觸點(diǎn)上會(huì)產(chǎn)生電弧，從而腐蝕觸點(diǎn)表面。使用半導(dǎo)體線路開關(guān)，可以通過(guò)在AC過(guò)零點(diǎn)設(shè)置關(guān)斷來(lái)降低開關(guān)損耗。這也將通過(guò)消除電弧來(lái)降低器件應(yīng)力，并且無(wú)需浪涌限制電路。
可以采用分立電路來(lái)檢測(cè)交流輸入的過(guò)零點(diǎn)，以控制主功率器件的接入和斷開切換，從而降低開關(guān)損耗和浪涌電流。這種方法效率更高，但需要額外的元件，占用寶貴的電路板空間，而且仍有損耗，在某些情況下幾乎會(huì)消耗一半的待機(jī)功率預(yù)算。
最佳過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)方案
為了解決上述難題，Power Integrations的LinkSwitch-TNZ離線式開關(guān)IC將725V功率MOSFET開關(guān)、電源控制器和無(wú)損耗過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)器(ZCD)集成到了同一個(gè)封裝內(nèi)。使用LinkSwitch-TNZ產(chǎn)品系列可設(shè)計(jì)出具有高效率、低待機(jī)功耗、最少元件數(shù)和AC過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)功能的AC/DC電源。
LinkSwitch-TNZ IC的ZCD產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，然后發(fā)送到微控制器并控制功率開關(guān)繼電器或可控硅，確保器件每次都能在過(guò)零點(diǎn)導(dǎo)通和關(guān)斷。ZCD信號(hào)邏輯跟隨AC輸入，信號(hào)每半個(gè)周期在過(guò)零點(diǎn)切換一次（見圖1）。LinkSwitch-TNZ器件的功耗低于5mW，符合零功耗標(biāo)準(zhǔn)。與典型的分立式ZCD方案中50至90mW的功耗相比，這非常具有優(yōu)勢(shì)。
LinkSwitch-TNZ降壓或反激式變換器的開關(guān)頻率為66kHz，有助于縮減電感和輸出電容的尺寸和成本，并允許在降壓方案中使用市售現(xiàn)成的低成本電感。頻率調(diào)制技術(shù)可降低電磁干擾，從而簡(jiǎn)化濾波電路。該器件具有完善的安全保護(hù)特性，可在出現(xiàn)輸入和輸出過(guò)壓故障、器件過(guò)溫故障、電壓失調(diào)以及電源輸出過(guò)載或短路故障時(shí)保護(hù)器件及整個(gè)系統(tǒng)。
LinkSwitch-TNZ IC可將待機(jī)功耗降低60%，待機(jī)模式下消耗的電流不到100μA，從而使電源設(shè)計(jì)輕松符合全球性的空載和待機(jī)功耗標(biāo)準(zhǔn)。使用這種高度集成的器件系列，元件數(shù)量可以減少40%以上，具有比分立方案更大的適用性。
該器件系列支持反激、降壓和降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且包括具有和不具有集成X電容放電功能的器件。在大型系統(tǒng)中用作輔助電源時(shí)，X電容放電功能可消除永久接入的泄放電阻，進(jìn)一步降低待機(jī)功耗。LinkSwitch-TNZ器件適用于所有常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無(wú)論是否采用基于光耦的反饋。
