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在當(dāng)今的電子設(shè)備中，許多低功耗應(yīng)用場(chǎng)景（如 IoT 設(shè)備、智能傳感器等）需要一種高效、低成本且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的電源解決方案。晶豐明源推出的 BPA8504D 芯片，憑借其高度集成化的設(shè)計(jì)，為 5V150mA 的非隔離 Buck 電源方案提供了一個(gè)理想的參考設(shè)計(jì)。本文將詳細(xì)介紹該方案的芯片簡(jiǎn)介、電源規(guī)格、電路設(shè)計(jì)、實(shí)物圖、BOM 成本以及效率分析等內(nèi)容，幫助讀者快速理解和應(yīng)用這一方案。
BPA8504D 是一款高度集成的 AC/DC PWM 功率開(kāi)關(guān)芯片，專(zhuān)為小功率電源應(yīng)用設(shè)計(jì)。它集成了 650V 高壓 MOSFET、PWM 控制器、高壓?jiǎn)?dòng)電路以及多種保護(hù)功能（如過(guò)溫、過(guò)流、過(guò)壓和欠壓保護(hù)），極大地簡(jiǎn)化了電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。該芯片采用 SOP-7 封裝，適用于家用電器輔助電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)輔助電源、IOT 設(shè)備、智能家居、智能照明以及工業(yè)控制輔助電源等領(lǐng)域。
以下是 BPA8504D 5V150mA 非隔離 Buck 方案的主要電源規(guī)格：
| 項(xiàng)目 | 符號(hào) | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 | 備注 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 輸入電壓 | VIN | 85 | 115/230 | 264 | VAC | 適用于全球電網(wǎng) |
| 輸入頻率 | fLINE | 47 | 50/60 | 63 | Hz | |
| 輸出電壓 | VOUT | 4.75 | 5 | 5.25 | V | ±5% |
| 輸出電流 | IOUT | 0 | 150 | - | mA | |
| 輸出電壓紋波 | VRIPPLE | - | - | 100 | mV | 20MHz 帶寬 |
| 連續(xù)輸出功率 | POUT | - | 0.75 | - | W | |
| 待機(jī)功耗 | PSTDBY | - | 229 | - | mW | 230VAC，包含 1kΩ 假負(fù)載 |
| 滿(mǎn)載效率 | η | - | 50 | - | % | |
| 傳導(dǎo) EMI | - | - | - | - | - | 滿(mǎn)足 CISPR22/EN55022 Class B |
| 浪涌電壓 | - | - | - | 2 | kV | 差模 |
| 脈沖群電壓 | - | - | - | 4 | kV | 5kHz/100kHz/38kHz |
| 工作環(huán)境溫度 | TAMP | 0 | 50 | - | ℃ |
以下是 BPA8504D 5V150mA 非隔離 Buck 方案的電路圖：
保險(xiǎn)絲：使用 1.6A/250V 的保險(xiǎn)絲，確保在過(guò)流情況下保護(hù)電路。
NTC 熱敏電阻：22Ω/1W 的 NTC 熱敏電阻用于抑制開(kāi)機(jī)浪涌電流。
X2 電容：0.1μF/250VAC 的 X2 電容用于濾除共模干擾，確保 EMI 性能。
整流橋：使用 M7 型號(hào)的整流橋，耐壓 1000V，電流 1A，將交流電整流為直流電。
電解電容：2.2μF/400V 的電解電容用于高壓濾波。在 85VAC 輸入時(shí)，該電容容量可能不足，建議增加到 3.3μF 或 4.7μF 以確保滿(mǎn)載啟動(dòng)。
主功率部分：
BPA8504D 芯片：SOP-7 封裝，集成 650V MOSFET 和 PWM 控制器。
電感：1mH 的工字電感（?8×10mm），用于儲(chǔ)能和濾波。
續(xù)流二極管：ES1J 型號(hào)，1A/600V，反向恢復(fù)時(shí)間 35ns，確保高效續(xù)流。
電解電容：220μF/16V 的電解電容用于輸出濾波，確保輸出電壓的穩(wěn)定性。
貼片電容：10μF/25V 的貼片電容進(jìn)一步降低輸出紋波。
反饋部分：
分壓電阻：2.2kΩ 和 4.7kΩ 的電阻用于分壓，將輸出電壓反饋到 BPA8504D 的 FB 腳。
以下是該方案的BOM清單：
在 230VAC 輸入下，包含 1kΩ 假負(fù)載的待機(jī)功耗為 229mW，滿(mǎn)足大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景的低功耗要求。
在不同輸入電壓下，該方案的滿(mǎn)載效率如下表所示：
| 輸入電壓 (VAC) | 效率 (%) |
|---|---|
| 85 | 46 |
| 115 | 48 |
| 230 | 50 |
| 264 | 50 |
在不同負(fù)載條件下，輸出電壓紋波如下表所示：
| 輸入電壓 (VAC) | 負(fù)載條件 | 紋波 (mV) |
|---|---|---|
| 85 | 空載 | 29.4 |
| 115 | 空載 | 34.7 |
| 230 | 空載 | 55.0 |
| 264 | 空載 | 59.1 |
| 85 | 滿(mǎn)載 | 482.0 |
| 115 | 滿(mǎn)載 | 50.9 |
| 230 | 滿(mǎn)載 | 66.2 |
| 264 | 滿(mǎn)載 | 71.4 |
在 85VAC 輸入時(shí)，原設(shè)計(jì)中的 2.2μF 電解電容容量較小，可能導(dǎo)致滿(mǎn)載啟動(dòng)失敗。建議將輸入電解電容容量增加到 3.3μF 或 4.7μF，以確保滿(mǎn)載啟動(dòng)并降低輸出紋波。
BPA8504D 芯片的軟啟動(dòng)功能在起始限流值為 0.4×Ilimit，經(jīng)過(guò) 63 個(gè)開(kāi)關(guān)周期后增加到 0.7×Ilimit，持續(xù) 64 個(gè)周期后結(jié)束軟啟動(dòng)。這一功能可以有效降低二極管反向恢復(fù)電流，從而降低 MOSFET 的電流應(yīng)力。
在 10%-90% 動(dòng)態(tài)負(fù)載條件下，輸出電壓的過(guò)沖為 320-344mV。如果需要進(jìn)一步降低過(guò)沖，可以考慮增加輸出電容容量至 470μF。
BPA8504D 5V150mA 非隔離 Buck 電源方案憑借其高度集成化的設(shè)計(jì)和極簡(jiǎn)的 BOM 成本，為低功耗應(yīng)用場(chǎng)景提供了一個(gè)高效、可靠的電源解決方案。該方案不僅滿(mǎn)足了全球電網(wǎng)的輸入要求，還具備低待機(jī)功耗、高效率以及良好的 EMI 性能。