在小功率電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，如何在降低成本的同時(shí)提高效率和可靠性，一直是工程師們關(guān)注的核心問題。傳統(tǒng)的副邊反饋方案需要光耦和 TL431，成本高且存在溫度漂移、壽命有限等可靠性隱患；而普通硅基原邊反饋方案雖然簡(jiǎn)化了電路，但受限于硅 MOS 管的性能，通常只能工作在 DCM 模式，存在恒流精度低、輕載嘯叫、開關(guān)損耗大等問題，難以滿足日益嚴(yán)格的能效標(biāo)準(zhǔn)。

最近對(duì)一款集成 750V SiC 功率管的原邊控制恒壓恒流控制器進(jìn)行了全面測(cè)試，通過與傳統(tǒng)方案及主流國(guó)產(chǎn)競(jìng)品的量化對(duì)比，發(fā)現(xiàn)其在成本、效率、體積和可靠性方面均有顯著優(yōu)勢(shì)。本文將分享詳細(xì)的技術(shù)解析、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為電源工程師提供參考。

一、傳統(tǒng) 12-36W 電源設(shè)計(jì)的三大核心痛點(diǎn)

目前市場(chǎng)上主流的小功率電源方案主要分為兩類，均存在難以調(diào)和的技術(shù)矛盾：

成本與復(fù)雜度的矛盾：副邊反饋方案依賴光耦和 TL431 實(shí)現(xiàn)精確反饋，需要額外增加 7-10 個(gè)外圍元件，導(dǎo)致 BOM 成本偏高、PCB 面積較大；而傳統(tǒng)原邊反饋方案雖然元件少，但恒流精度差，難以滿足高端應(yīng)用需求。

效率與待機(jī)功耗難以兼顧：普通硅 MOS 管開關(guān)損耗大，全負(fù)載范圍內(nèi)效率低；特別是輕載和空載時(shí)，功耗難以滿足歐盟 CoC V5 Tier 2 和美國(guó) DOE VI 等全球最嚴(yán)格的能效標(biāo)準(zhǔn)。

可靠性與保護(hù)功能不足：兩類方案的保護(hù)功能普遍不夠完善，需要額外增加外圍電路實(shí)現(xiàn)輸入欠壓、反饋開短路等保護(hù)，進(jìn)一步增加了設(shè)計(jì)難度和失效風(fēng)險(xiǎn)。

二、核心技術(shù)深度解析

這款集成 SiC 的原邊控制方案采用了多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，針對(duì)性解決了傳統(tǒng)方案的上述痛點(diǎn)。

2.1 內(nèi)置 750V SiC 功率管

該方案最核心的技術(shù)特點(diǎn)是內(nèi)部集成了耐壓大于 750V 的 SiC 功率管。與傳統(tǒng) 600V 硅 MOS 管相比，SiC 材料具有以下固有優(yōu)勢(shì)：

擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度是硅的 10 倍，750V 耐壓可提供更高的電壓裕量，有效應(yīng)對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)和雷擊浪涌

開關(guān)速度快，開關(guān)損耗降低 50% 以上，顯著提高系統(tǒng)效率

導(dǎo)通電阻溫度系數(shù)小，高溫下性能衰減僅為硅管的 1/3，可靠性更高

2.2 高精度原邊反饋控制算法

該方案采用特有的原邊反饋控制算法，通過檢測(cè)原邊電流和輔助繞組電壓，精確計(jì)算副邊輸出電壓和電流，實(shí)現(xiàn)了與副邊反饋相當(dāng)?shù)目刂凭取?/p>

在恒流控制方面，芯片通過 FB 電壓獲取副邊電流退磁占比，通過 CS 電壓的中心點(diǎn)采樣獲取退磁時(shí)間內(nèi)的電流平均值，通過固定兩者的乘積實(shí)現(xiàn)恒流控制。該算法在 CCM 和 DCM 模式下均能保持 ±2% 的恒流精度，解決了傳統(tǒng)原邊方案僅能在 DCM 模式下工作的局限性。

2.3 多模式工作與能效優(yōu)化

系統(tǒng)會(huì)根據(jù)負(fù)載情況自動(dòng)切換三種工作模式，實(shí)現(xiàn)全負(fù)載范圍內(nèi)的能效優(yōu)化：

重載 (50%-100% 負(fù)載)：工作在峰值電流控制的定頻模式 (100kHz)，保證輸出紋波最小

中載 (10%-50% 負(fù)載)：切換到變頻模式，工作頻率隨負(fù)載降低從 100kHz 線性下降至 24kHz

輕載 / 空載 (<10% 負(fù)載)：工作在最低頻率 (125Hz)，最大限度降低待機(jī)功耗

這種多模式控制方式使得系統(tǒng)待機(jī)功耗可低至 75mW 以下，輕松滿足全球最嚴(yán)格的能效標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 完善的內(nèi)置保護(hù)機(jī)制

該芯片集成了 11 種全面的保護(hù)功能，無(wú)需額外外圍電路：

輸入欠壓保護(hù)

FB 反饋電阻開短路保護(hù)

CS 開短路保護(hù)

輸出短路保護(hù)

輸出過壓保護(hù)

電感過電流保護(hù)

最大導(dǎo)通時(shí)間保護(hù)

VCC 過壓 / 欠壓保護(hù)

過溫保護(hù) (OTP)

所有保護(hù)均采用打嗝模式，故障解除后自動(dòng)恢復(fù)，有效提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

三、與主流方案的量化對(duì)比

為了客觀評(píng)估該方案的性能優(yōu)勢(shì)，我們將其與兩種傳統(tǒng)主流方案以及三款同類型國(guó)產(chǎn)原邊控制芯片進(jìn)行了全面對(duì)比。

3.1 與傳統(tǒng)方案的對(duì)比

從對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，該集成 SiC 原邊方案在保持原邊反饋方案低成本、少元件優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了與副邊反饋方案相當(dāng)?shù)目刂凭?，并且在效率、待機(jī)功耗、EMI 和音頻特性方面全面超越了傳統(tǒng)方案。

3.2 與同類型國(guó)產(chǎn)競(jìng)品的對(duì)比

對(duì)比結(jié)果顯示，該方案是目前市場(chǎng)上唯一集成 750V SiC 功率管且支持 CCM 模式的原邊控制芯片，在輸出功率、控制精度和保護(hù)功能方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

四、實(shí)測(cè)性能驗(yàn)證

基于 LP3798EXM-ESM 型號(hào)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款 24W 12V/2A 的電源樣機(jī)，并進(jìn)行了全面的性能測(cè)試，實(shí)測(cè)結(jié)果如下：

效率測(cè)試：在 230VAC 輸入條件下，滿載效率達(dá)到 91.2%，平均效率 (25%-100% 負(fù)載) 達(dá)到 90.5%

待機(jī)功耗：230VAC 輸入下，空載待機(jī)功耗為 62mW

輸出紋波：12V/2A 滿載時(shí)，輸出紋波峰峰值為 48mV

溫升測(cè)試：環(huán)境溫度 25℃，滿載運(yùn)行 30 分鐘后，芯片表面溫度為 78℃

EMI 測(cè)試：傳導(dǎo)干擾滿足 EN55032 Class B 標(biāo)準(zhǔn)，余量大于 6dB

五、不同型號(hào)選型指南

該系列提供了四種不同型號(hào)，覆蓋 12W 到 36W 的功率范圍，所有型號(hào)均采用 EHSOP8L 封裝，引腳完全兼容，工程師可根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇：

六、PCB 設(shè)計(jì)關(guān)鍵注意事項(xiàng)

為了充分發(fā)揮該芯片的性能，在 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

VCC 旁路電容：必須緊靠芯片 VCC 和 GND 引腳，使用 100nF X7R 陶瓷電容，可并聯(lián) 10uF 電解電容提高穩(wěn)定性

FB 引腳布線：分壓電阻必須靠近 FB 引腳，布線長(zhǎng)度不超過 5mm，且不能與功率線平行或交叉

CS 采樣電路：采樣電阻選用低溫漂金屬膜電阻，阻值精度 ±1%，布線應(yīng)盡可能短且獨(dú)立

地線處理：功率地和信號(hào)地分開布線，單點(diǎn)連接到母線電容的地端

功率環(huán)路：盡量減小原邊功率環(huán)路 (母線電容 - 變壓器 - 芯片 D 腳 - GND) 和副邊功率環(huán)路 (變壓器 - 續(xù)流二極管 - 輸出電容) 的面積

散熱設(shè)計(jì)：芯片的 D 引腳和 GND 引腳是主要散熱路徑，建議在 PCB 背面增加 10mm×10mm 的散熱焊盤，并打 8 個(gè)以上過孔連接到正面

七、設(shè)計(jì)避坑指南

基于 3 輪樣機(jī)測(cè)試，總結(jié)了該方案設(shè)計(jì)中最常見的問題及解決方法：

恒流精度偏差過大：通常由 FB 布線過長(zhǎng)或變壓器參數(shù)誤差導(dǎo)致，應(yīng)縮短 FB 布線長(zhǎng)度，嚴(yán)格控制變壓器匝數(shù)比和電感量公差在 ±5% 以內(nèi)

輕載嘯叫：多由變壓器氣隙過大或磁芯材質(zhì)不當(dāng)導(dǎo)致，建議使用 PC40 以上材質(zhì)的磁芯，氣隙控制在 0.2mm 以內(nèi)

滿載過溫保護(hù)：主要是散熱設(shè)計(jì)不足導(dǎo)致，應(yīng)增大散熱焊盤面積，優(yōu)化功率環(huán)路布線，降低寄生電阻

EMI 超標(biāo)：可通過調(diào)整變壓器屏蔽結(jié)構(gòu)、增加 X 電容和共模電感、優(yōu)化抖頻參數(shù)等方式改善

八、常見問題解答 (FAQ)

Q: 該芯片支持哪些輸出電壓？

A: 支持 5V-24V 范圍內(nèi)的任意輸出電壓，只需調(diào)整變壓器匝數(shù)比和 FB 分壓電阻即可。

Q: 最大輸出功率是多少？

A: 全電壓范圍 (90-265VAC) 最大 36W，單電壓范圍 (176-265VAC) 最大 36W。

Q: 是否有過認(rèn)證的參考設(shè)計(jì)？

A: 官方提供過 CE、FCC 和 CCC 認(rèn)證的完整參考設(shè)計(jì)，包括原理圖、PCB 文件和變壓器參數(shù)。

Q: 供貨情況如何？

A: 該芯片為國(guó)產(chǎn)自研產(chǎn)品，目前產(chǎn)能充足，交期穩(wěn)定在 4-6 周。

九、總結(jié)

這款集成 750V SiC 功率管的原邊控制恒壓恒流控制器，通過創(chuàng)新的技術(shù)架構(gòu)，有效解決了傳統(tǒng)小功率電源設(shè)計(jì)中成本、效率和可靠性之間的矛盾。

與傳統(tǒng)方案相比，該方案可將 BOM 成本降低約 22%-42%，PCB 面積減小約 30%，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了 91.2% 的滿載效率和 62mW 的待機(jī)功耗。完善的內(nèi)置保護(hù)功能和優(yōu)異的 EMI、音頻特性，使其特別適用于對(duì)成本、體積和可靠性有較高要求的 12-36W 電源應(yīng)用。

作為國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)新成果，該方案不僅為電源設(shè)計(jì)工程師提供了新的選擇，也為小功率電源領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)替代提供了有力支撐。

資源獲取：需要這款芯片的完整 datasheet、24W 12V/2A 參考設(shè)計(jì)原理圖、PCB 文件和變壓器參數(shù)的朋友，可以私信留言，我會(huì)一一發(fā)送。

審核編輯 黃宇