開(kāi)關(guān)電源待機損耗直接影響它的使用壽命,要減小開(kāi)關(guān)電源待機損耗,提高待機效率,首先要分析開(kāi)關(guān)電源損耗的構成。根據損耗分析可知,切斷啟動(dòng)電阻,降低開(kāi)關(guān)頻率,減小開(kāi)關(guān)次數可減小待機損耗,提高待機效率。本文主要介紹提高開(kāi)關(guān)電源待機效率的方法。
一、引言
隨著(zhù)能源效率和環(huán)保的日益重要,人們對開(kāi)關(guān)電源待機效率期望越來(lái)越高,客戶(hù)要求電源制造商提供的電源產(chǎn)品能滿(mǎn)BLUEANGEL,ENERGYSTAR,ENERGY2000等綠色能源標準,而歐盟對開(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,待機功耗需分別小于0.3W,0.5W和0.75W。而目前大多數開(kāi)關(guān)電源由額定負載轉入輕載和待機狀態(tài)時(shí),電源效率急劇下降,待機效率不能滿(mǎn)足要求。這就給電源設計工程師們提出了新的挑戰。
二、開(kāi)關(guān)電源功耗分析
要減小開(kāi)關(guān)電源待機損耗,提高待機效率,首先要分析開(kāi)關(guān)電源損耗的構成。以反激式電源為例,其工作損耗主要表現為:MOSFET導通損耗,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)間內器件開(kāi)關(guān)次數成正比。在待機狀態(tài),主電路電流較小,MOSFET導通時(shí)間ton很小,電路工作在DCM模式,故相關(guān)的導通損耗,次級整流管損耗等較小,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)電阻損耗構成。
三、提高開(kāi)關(guān)電源待機效率的方法
根據損耗分析可知,切斷啟動(dòng)電阻,降低開(kāi)關(guān)頻率,減小開(kāi)關(guān)次數可減小待機損耗,提高待機效率。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,如準諧振模式(QuasiResonant,QR)切換至脈寬調制(PulseWidthModulation,PWM),脈寬調制切換至脈沖頻率調制
(PulseFrequencyModulation,PFM);可控脈沖模(BurstMode)。
(一)切斷啟動(dòng)電阻
對于反激式電源,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。設啟動(dòng)電阻取值為47kΩ,消耗功率將近2W。要改善待機效率,必須在啟動(dòng)后將該電阻通道切斷。TOPSWITCH,ICE2DS02G內部設有專(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。
(二)降低時(shí)鐘頻率
時(shí)鐘頻率可平滑下降或突降。平滑下降就是當反饋量超過(guò)某一閾值,通過(guò)特定模塊,實(shí)現時(shí)鐘頻率的線(xiàn)性下降。POWER公司的TOPSwitch-GX和SG公司的SG6848芯片內置了這樣的模塊,能根據負載大小調節頻率。
(三)切換工作模式
1、QR→PWM對于工作在高頻工作模式的開(kāi)關(guān)電源,在待機時(shí)切換至低頻工作模式可減小待機損耗。例如,對于準諧振式開(kāi)關(guān)電源(工作頻率為幾百kHz到幾MHz),可在待機時(shí)切換至低頻的脈寬調制控制模式PWM(幾十kHz)。
IRIS40xx芯片就是通過(guò)QR與PWM切換來(lái)提高待機效率的。當電源處于輕載和待機時(shí)候,輔助繞組電壓較小,Q1關(guān)斷,諧振信號不能傳輸至FB端,FB電壓小于芯片內部的一個(gè)門(mén)限電壓,不能觸發(fā)準諧振模式,電路則工作在更低頻的脈寬調制控制模式。