摘要：  全面的集成对于IC设计人员而言可能具备很大的吸引力，但这并不一定会降低成本，或者对电源设计人员而言并不一定是最灵活的解决方案。

关键字：  电源转换器，  高压IC，  解决方案

随着全球提高能效活动的广泛开展，离线电源转换器赢得了密切关注，这导致对降低功耗的要求变得越来越严格。同时，这也使得用于驱动目前市场上多种电源转换器的控制电路变得更加重要。在所有线路和负载条件下满足这些要求，并降低成本和尺寸，这给电路设计人员带来了严峻的挑战，因为这需要他们在设计时进行艰难地取舍。为帮助应对这些挑战，一种名为高压IC(HVIC)的特殊控制IC可用来提供具有更强性能的高性价比解决方案。

HVIC技术

1984年国际整流器公司推出首款单片HVIC时，IC设计人员也许无法想象这种技术会对当今的电力电子行业产生如此重大的影响。将高达600V的高压电路和低压电路置于同一硅片上的不同区域，为控制多种不同类型的离线转换器拓扑提供了无限的设计灵活性。这种独特的技术包括多晶硅环形成的一个高压“井”(图1)。

随着井内的电势相对于井外的低电势升高，电压差均匀地分布于多晶硅环内，但不发生击穿。高边电路被置于井内，方便该电路执行比接地参考低边电路的电势更高的电路功能。这对于控制多种常用的离线转换器电路拓扑(如降压转换器、同步升压转换器、半桥式转换器、全桥式转换器和三相转换器)中的高边功率MOSFET或IGBT尤其有用。低边电路可以被置于同一块硅片上，用于控制其它低边电源电路。这使得有可能利用一个HVIC来控制一个多级转换器，而以往的解决方案需要多个IC、更多的组件数和更高的成本。

离线转换器拓扑结构

传统的离线转换器与AC/DC电源相关。不过，离线转换器包含与交流线路连接的任何类型的电源。这包括AC/DC(电源、LED)和AC/AC(电子镇流器、音频装置、马达驱动)转换器。这些不同类型的转换器具备自己独特的负载、线路和电路要求，因此，它们通常需要采用专用或针对具体应用的解决方案。

用于笔记本电脑适配器的典型的AC/DC电源包括(图2)一个阻断高频开关噪声的电磁干扰(EMI)滤波器、整流电路、令输入电流成为阻性电流(相对于交流线路电压)的功率因数校正(PFC)电路、一个谐振模式DC/AC降压级、AC/DC同步整流电路和输出滤波装置。该方案需要多个IC控制所有的级。这种混合拓扑恰恰是HVIC技术的用武之地：利用IRS2795控制半桥式功率MOSFET，并利用IR11682控制同步整流器。

上方的半桥式开关(MHS)的栅极需要实现导通和关断操作，它的电压比低边电路高出400V。该半桥式MOSFET通过IRS2795在由反馈回路决定的频率和占空比条件下实现开关操作的同步，以确保直流输出电压保持在恒定水平。同步整流器通常用于次侧以改善能效。这里采用IR11682测量同步整流器MOSFET的漏极电压，其目的是检测在每个开关处于导通状态时，次级电流是否过零。IR11682的高压功能可用于阻断关断时出现的更高漏极电压。将采用这种拓扑的AC/DC转换器与同步整流装置结合使用，在满载条件下可达到90%的能效。其它的功能集成至半桥控制器中，例如高压启动和突发模式，旨在降低开路或轻载条件下的待机损耗。

LED电源同样需要AC/DC转换电路，除非输入电流是恒定的直流电流，而非恒定的直流电压。典型的非隔离LED电源包括(图3)一个EMI滤波器、整流电路、PFC电路和一个用于生成最终的LED电流的同步降压级。HVIC技术也适用于LED电源。它不仅可以控制半桥式功率MOSFET，而且集成在同一个硅片上的完整低边控制回路还可确保LED电流保持恒定。利用一个电阻器对LED串的电流进行检测，然后将其反馈至IRS25401用于监控。

IRS25401同步地对该半桥式电路实施开关操作，以使电流位于一个精确的窗口内。该半桥式电路可工作在更高的开关频率下，从而减小外部降压电感器的尺寸。另一路输入也是针对实现PWM调光功能。将高边和低边驱动器、振荡器和逻辑集成在一个单片的HVIC上，可确保在任何温度、电路容差或恶劣的外部噪声条件下都实现可靠的开关。这种类型的电路拓扑能够实现90%左右的能效，具体取决于输入电压和LED数量。低边半桥式MOSFET可用一个二极管代替，这样可以节约成本，但也会使能效降低。

荧光灯的电子镇流器是AC/AC转换器的应用典范。它包括(图4)一个EMI滤波器、整流电路、PFC电路和荧光灯的谐振模式DC/AC级。这种拓扑的能效通常高于92%。HVIC技术也适用于电子镇流器：采用IRS2168D，并通过将半桥式谐振控制与PFC控制集成的方式来控制整个镇流器。“浮动的”高压电路可用于控制上方的半桥式功率MOSFET，而低压电路可用于控制下方的半桥式功率MOSFET、PFC功率MOSFET、所有必需的PFC和镇流器控制与保护功能。其中包含的两个单独的振荡器和控制电路可用于执行PFC控制和灯的谐振控制，从而大幅简化设计，节省占板空间并降低成本。另外，还可加入调光控制装置，进一步节省电能。

通过将所有的控制模块集成至一个单独的HVIC，还可获得其它的一些好处。由于PFC模块可感知灯的状态，因此可对PFC电路进行动态调整，以确保电灯在各种不同工作条件下获得最佳的供电。例如，在调光过程中，可根据灯的亮度水平调节PFC回路补偿功能，以改进照明的稳定性。如今，采用单片HVIC的设计已经超过多芯片解决方案所能达到的性能，同时有效地降低了成本。

本文小结

众所周知，以上这些拓扑中的每一种运用于各自不同的应用时都具备出色的能效。通过采用HVIC技术，将所有高边和低边控制与驱动功能集成在一起，这些解决方案现已具备更小的尺寸、更低成本以及更高的可靠性和可制造性。这将推动全球越来越多的用户选用高能效的电源转换器。这些高压拓扑中的每种拓扑的集成都有无限可能性，包括最终自己集成电源开关。不过，每种情况都需要进行仔细的分析，以确保最优的内部/外部划分，同时注意灵活性、风险、设计时间和成本。全面的集成对于IC设计人员而言可能具备很大的吸引力，但这并不一定会降低成本，或者对电源设计人员而言并不一定是最灵活的解决方案。