高温环境下的家用绿色电源设计方案

一、设计背景

烹饪过程中不仅会产生热量，还会释放大量的水蒸气和冷凝水蒸汽。厨房电器的电源必须在高达105℃的环境温度及高湿度条件下稳定工作。此外，电源设计还需满足国际性EMI及安全标准，并有助于实现节能目标。能源消耗不仅限于电量使用，还包括材料和资源的使用、废弃物的产生以及环境污染物的排放。

欧盟委员会发布的生态设计指令（EuP）要求在欧洲销售的所有用能产品在初设计时都能将环境影响降至最低。生态设计指令致力于降低产品整个生命周期内的能耗水平。对于家用电器中的辅助电源，可适用EuP Lot 6要求。

二、主控芯片选择及其作用

在选择主控芯片时，需考虑能效、稳定性、可靠性和安全性等多个因素。以下介绍几种适用于高温环境下家用绿色电源设计的主控芯片型号及其作用。

1. Power Integrations LinkSwitch-CV系列产品

型号：LNK623PG

作用：

• 能效优化：LinkSwitch-CV系列产品集成了一个700V MOSFET和制作开关电源所需的所有控制及保护电路。LNK623PG器件可以对输出电压调节提供初级侧控制，确保5%电压控制的反馈功能由变压器内的偏置绕组提供。初级侧控制技术省去了反馈及控制环路补偿电路，大幅降低BOM成本并提高整体可靠性。

• 高可靠性：LNK623PG可在0℃到105℃的工作环境下以175至265VAC输入电压提供9V，250mA的隔离式输出。该器件具有ON/OFF控制技术，可以满足严格的能效规范，如EuP Lot 6要求。在满载时，该电源通常可实现70%的效率，并在整个宽负载范围内维持这一效率水平。

• 安全性：Power Integrations同时设计出了DIP和SO-8塑料LinkSwitch封装选项，扩展了漏极引脚和所有其他引脚之间的爬电距离，可避免漏电问题的产生。

具体应用：

• 反激式拓扑结构：来自AC市电经整流的DC电压，由LNK623PG中的高压MOSFET通过变压器T1的初级侧进行开关。在每次OFF转换时，T1中的崩溃磁场将能源转移到次级，经整流会产生稳定的DC输出电压。

• 电压调节：针对FB引脚中出现的电压变化，LNK623PG内的ON/OFF控制电路可提供调节功能。FB引脚的电压与偏置绕组上的电压成正比，也与主输出绕组上的电压成正比。通过调节使能开关周期与禁止开关周期的比例，LNK623PG可维持±5%的电压调节率。

• 轻载条件下的效率：在轻载条件下，LNK623PG会降低MOSFET电流限流点以减小变压器磁通密度，从而防止音频噪声的产生。

2. 赛威 SF5877

型号：SF5877

作用：

• QR-Ⅱ专利技术：SF5877满足能效6级标准，具有HV-Mw专利技术，待机功耗≤50mW。这种芯片适用于150W副边反激式电源方案，高压启动，自带PFC关断功能，提高轻载效率。

• 广泛应用：SF5877外驱MOS，应用领域广泛，是一种绿色电源方案芯片。其封装形式为SOP8，可脚位兼容OB2203、NCP1377。

• 高效节能：SF5877具有专利技术肖除异音，适合用于高温环境下的电源设计。

具体应用：

• 高压启动：SF5877的高压启动功能使其在高温环境下能够稳定工作，适用于厨房电器等应用场景。

• PFC关断功能：通过集成PFC关断功能，SF5877可以提高轻载效率，减少能源浪费。

• 绿色电源方案：SF5877作为绿色电源方案芯片，符合当前环保节能的要求，适用于家庭、办公室等场所的电源设计。

3. 其他主控芯片选择

除了上述两款芯片外，还有多种适用于高温环境下家用绿色电源设计的主控芯片。例如，一些集成了智能控制功能的芯片，可以通过调整工作频率和占空比来优化能效。此外，一些具有过温保护、短路保护等安全功能的芯片也是不错的选择。

在选择主控芯片时，还需考虑以下因素：

• 封装形式：封装形式的选择对芯片的稳定性和散热性能有很大影响。通常，采用DIP或SO封装的芯片更适合高温环境下的应用。

• 工作频率：工作频率的高低直接影响电源的能效和噪声水平。在保证稳定性的前提下，选择适当的工作频率可以优化能效。

• 保护功能：主控芯片应具备过温保护、短路保护等安全功能，以确保在高温环境下工作的可靠性。

三、电源设计详细方案

1. 输入滤波电路设计

输入滤波电路用于滤除电网中的高频噪声和干扰，保证电源的稳定性和可靠性。通常采用LC滤波电路，其中电感L用于抑制高频噪声，电容C用于滤除低频噪声。

2. 整流电路设计

整流电路将交流电转换为直流电，为后续的DC/DC变换器提供稳定的直流输入。通常采用桥式整流电路，由四个二极管组成，可以将输入的交流电转换为脉动直流电。

3. DC/DC变换器设计

DC/DC变换器是电源设计的核心部分，用于将整流后的直流电转换为所需的输出电压和电流。根据输出电压和电流的要求，可以选择不同的DC/DC变换器拓扑结构，如反激式、正激式、推挽式等。

在选择DC/DC变换器时，需考虑以下因素：

• 输出电压和电流范围：根据负载要求选择合适的输出电压和电流范围。

• 效率：选择高效率的DC/DC变换器可以减少能源浪费，提高能效。

• 稳定性：选择稳定性好的DC/DC变换器可以保证输出电压和电流的稳定性和可靠性。

4. 输出滤波电路设计

输出滤波电路用于滤除DC/DC变换器输出的高频噪声和纹波，保证输出电压的稳定性和平滑性。通常采用LC滤波电路，其中电感L用于抑制高频噪声，电容C用于滤除低频纹波。

5. 保护电路设计

保护电路用于保护电源和负载免受过流、过压、过温等故障的影响。通常采用过流保护电路、过压保护电路、过温保护电路等。这些保护电路可以在故障发生时及时切断电源或调整工作状态，保证电源和负载的安全。

四、高温环境下的可靠性设计

在高温环境下，电源设计的可靠性至关重要。以下是一些提高电源可靠性的措施：

• 选用耐高温元器件：选择能够在高温环境下稳定工作的元器件，如耐高温的电容、电感、二极管等。

• 优化散热设计：通过增加散热片、使用散热风扇等措施，提高电源的散热性能，降低元器件的工作温度。

• 加强保护电路设计：增加过流保护、过压保护、过温保护等电路，提高电源的故障保护能力。

• 进行充分的测试：在高温环境下对电源进行充分的测试，包括稳定性测试、负载测试、温度循环测试等，确保电源能够在高温环境下稳定工作。

五、结论

高温环境下的家用绿色电源设计需要综合考虑能效、安全性、可靠性和稳定性等多个因素。在选择主控芯片时，需关注其能效、稳定性、可靠性和安全性等特点。通过合理的电路设计和优化措施，可以设计出既满足能效要求又能在高温环境下稳定工作的家用绿色电源。