詳解如何實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源待機(jī)低功耗

　　1、引言

　　隨著能源效率和環(huán)保的日益重要，人們對(duì)開(kāi)關(guān)電源待機(jī)效率期望越來(lái)越高，客戶(hù)要求電源制造商提供的電源產(chǎn)品能滿(mǎn)足BLUE ANGEL，ENERGY STAR， ENERGY 2000等綠色能源標(biāo)準(zhǔn)，而歐盟對(duì)開(kāi)關(guān)電源的要求是：到2005年，額定功率為0.3W~15W，15W~50W和50W~75W的開(kāi)關(guān)電源，待機(jī)功耗需分別小于0.3W，0.5W和0.75W。而目前大多數(shù)開(kāi)關(guān)電源由額定負(fù)載轉(zhuǎn)入輕載和待機(jī)狀態(tài)時(shí)，電源效率急劇下降，待機(jī)效率不能滿(mǎn)足要求。這就給電源設(shè)計(jì)工程師們提出了新的挑戰(zhàn)。

　　2、開(kāi)關(guān)電源功耗分析

　　要減小開(kāi)關(guān)電源待機(jī)損耗，提高待機(jī)效率，首先要分析開(kāi)關(guān)電源損耗的構(gòu)成。以反激式電源為例，其工作損耗主要表現(xiàn)為：MOSFET導(dǎo)通損耗

　　MOSFET寄生電容損耗

　　開(kāi)關(guān)交疊損耗，PWM控制器及其啟動(dòng)電阻損耗，輸出整流管損耗，箝位保護(hù)電路損耗，反饋電路損耗等。其中前三個(gè)損耗與頻率成正比關(guān)系，即與單位時(shí)間內(nèi)器件開(kāi)關(guān)次數(shù)成正比。

　　在待機(jī)狀態(tài)，主電路電流較小，MOSFET導(dǎo)通時(shí)間ton很小，電路工作在DCM模式，故相關(guān)的導(dǎo)通損耗，次級(jí)整流管損耗等較小，此時(shí)損耗主要由寄生電容損耗和開(kāi)關(guān)交疊損耗和啟動(dòng)電阻損耗構(gòu)成。

　　3、提高待機(jī)效率的方法

　　根據(jù)損耗分析可知，切斷啟動(dòng)電阻，降低開(kāi)關(guān)頻率，減小開(kāi)關(guān)次數(shù)可減小待機(jī)損耗，提高待機(jī)效率。具體的方法有：降低時(shí)鐘頻率;由高頻工作模式切換至低頻工作模式，如準(zhǔn)諧振模式（Quasi Resonant，QR）切換至脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）， 脈寬調(diào)制切換至脈沖頻率調(diào)制（Pulse Frequency Modulation， PFM）;可控脈沖模式（Burst Mode）。

　　3.1 切斷啟動(dòng)電阻

　　對(duì)于反激式電源，啟動(dòng)后控制芯片由輔助繞組供電，啟動(dòng)電阻上壓降為300V左右。設(shè)啟動(dòng)電阻取值為47kΩ，消耗功率將近2W。要改善待機(jī)效率，必須在啟動(dòng)后將該電阻通道切斷。TOPSWITCH，ICE2DS02G內(nèi)部設(shè)有專(zhuān)門(mén)的啟動(dòng)電路，可在啟動(dòng)后關(guān)閉該電阻。若控制器沒(méi)有專(zhuān)門(mén)啟動(dòng)電路，也可在啟動(dòng)電阻串接電容，其啟動(dòng)后的損耗可逐漸下降至零。缺點(diǎn)是電源不能自重啟，只有斷開(kāi)輸入電壓，使電容放電后才能再次啟動(dòng)電路。而圖1所示的啟動(dòng)電路，則可避免以上問(wèn)題，而且該電路功耗僅為0.03W。不過(guò)電路增加了復(fù)雜度和成本。

　　圖1 UC3842反激式電源啟動(dòng)電路

　　3.2　降低時(shí)鐘頻率

　　時(shí)鐘頻率可平滑下降或突降。平滑下降就是當(dāng)反饋量超過(guò)某一閾值，通過(guò)特定模塊，實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘頻率的線(xiàn)性下降。POWER公司的TOPSwitch-GX和SG公司的SG6848芯片內(nèi)置了這樣的模塊，能根據(jù)負(fù)載大小調(diào)節(jié)頻率，圖2所示是SG6848時(shí)鐘頻率與其反饋電流的關(guān)系。

　　圖2  SG6848反饋電流與時(shí)鐘頻率的關(guān)系

　　突降實(shí)現(xiàn)方法如圖3：以UCC3895為例，當(dāng)電源處于正常負(fù)載狀態(tài)時(shí)，Q1導(dǎo)通，其時(shí)鐘周期為：

　　當(dāng)電源進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)時(shí)，Q1關(guān)閉，時(shí)鐘周期增大為

　　即開(kāi)關(guān)頻率減小。開(kāi)關(guān)損耗降為降頻前的

　?。ㄐ∮?）倍。L5991和Infineon公司的CoolSet F2系列已經(jīng)集成了該功能。