采用负载点调节提高机顶盒设计的性能

电子工程世界 2010-05-18 a:1:{i:0;s:9:"机顶盒";}

有线电视和卫星广播内容提供商正在不断向激烈竞争的市场推出新业务。这些新业务包括互联网接入、视频点播、支持 DVD/CD 播放器和硬盘驱动器等，这正在使简单的机顶盒(STB)逐步发展成为功能强大的家庭网关。这些先进的机顶盒在家中形成了一个局域网(LAN)。因此，机顶盒一般有以太网或火线端口，或采用其它通信方式，甚至可能是蓝牙。这些更加复杂的机顶盒反过来又需要消耗更多功率。随着这些系统消耗功率的提高，系统设计师对于温度上升、产品上市时间、效率、监管机构批准、成本、上电顺序和功率因数校正(PFC)等问题也越来越担忧了。

　　消除这些担忧的一种方法是将电源架构从传统的多路输出反激式电源改为较高性能、更加灵活并具有负载点(POL)稳压器的分布式电源架构。目前大多数机顶盒采用离线式多路输出反激式电源架构。这些电源提供 30W 功率，转换效率最高为 65%。先进的机顶盒电源采用单一分布式直流电压(如12V)提供高达 65W 功率，并采用下游负载点稳压器，整体转换效率高达 80%。

　　内容提供商提供的服务决定了机顶盒的特点，如处理器功耗、调制解调器速度、传输介质、是否包括 DVD 播放器或硬盘驱动器以及 I/O 端口数量。机顶盒的标准架构是基于外部设备计算机接口(PCI)总线，从表面看与笔记本式 PC 类似。不过，尽管 PC 架构全世界相同，但是不同地区甚至不同制造商的机顶盒架构变化却很大。当然，由于消费者的需求容易改变，因此随着服务的不断变化，机顶盒配置也在不断变化之中。功能决定对电源的要求，而且唯一明显的趋势是系统功耗在提高。服务提供商之间的竞争和地区差别意味着，让机顶盒按时上市有相当大的压力。由于电源设计导致延迟交货是无法容忍的，因为这可能丢失市场份额。

　　机顶盒电源要求在设计周期后期发生变化是常见的。然而，最不希望发生的事情就是由于电源而推迟机顶盒的开发进度，但是如果需要采用离线式多路输出反激式电源，就有可能发生这种情况。设计这样一个电源并在安全性和 EMI 性能方面获得监管当局批准可能需要 6 到 9 个月时间，甚至长达一年。采用多路输出反激式设计，后期变化可能导致必须长时间反复设计磁性元件。因此，在某些情况下，绝望的设计师会增加二极管压降，以适应最后出现的输出电压或电流需求的变化。

　　标准现售交流输入(90V 至 26?V 交流)单输出电源的优点是采用安全部门和 EMI 监管当局批准的电源。这些电源用 3.3V 至 48V 的单一输出电压实现高达 90% 的电源转换效率。另外，标准现售单输出电源价格不贵，提供几种尺寸，大批量生产，适合很多应用。使用这种电源可以将开发周期缩短 6 个月。即使功率最大值提高也没关系，因为考虑到可能需要更高功率，设计师从开始伊始就可以计划出 20% 至 30% 的冗余量，这不会提高很多成本或占用很多电路板面积。

图1：在 7V至24V电源范围内工作的双路 3.3V/2.5V输出LTC3850应用原理图。

　　功率因数校正是影响机顶盒电源的另一个问题。IEC/EN61000-3-2 规范对输入功率大于等于75W的供电系统有谐波电流幅射的限制。实际上，输入功率超过 75W 时，这个规范要求额外的电路。效率为 65% 的多路输出反激式电源可在不需要额外功率因数校正电路时提供 49W 的最大输出功率。效率达 90%的分布式电源与效率为 90% 至 95% 的下游负载点稳压器结合起来无需功率因数校正电路就可提供 60W 至 6?W 功率。较高效率的明显好处是减少热量、减少通风要求并延长平均故障间隔(MTBF)时间。

　　凌力尔特公司提供了完整的高效率同步负载点 DC/DC 开关稳压器系列产品，包括模块、单片电路和控制器。LTC3850 是最近推出的双输出负载点 DC/DC 开关稳压器控制器，能以 95% 的效率将 12V 转换成 5V/5A，或以 92% 的效率将 12V 转换成 3.3V/5A以及以 91% 的效率将 12V 转换成 2.5V/5A。

　　LTC3850 是一个双路输出同步降压型开关稳压器控制器，可以驱动所有N 沟道功率MOSFET 级电路。其 4V 至 24V 的输入范围适用于多种应用，其中包括大多数中间总线电压应用。强大的片上驱动器允许使用大功率外部 N 沟道 MOSFET，可以输出0.8V 至 5.5V的电压，同时提供高达 20A 的输出电流。