超低功耗開關(guān)電源設(shè)計(jì)

要想減緩人類在能源使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境所造成的影響，最有效方式就是降低產(chǎn)品的功耗。降低帶載功耗是最明顯的需要。但在產(chǎn)品并不執(zhí)行任何工作的待機(jī)模式下，降低功率損耗的需要卻似乎并不明顯。

家用設(shè)備和電源適配器的待機(jī)耗電量相當(dāng)巨大。美國(guó)勞倫斯伯克力國(guó)家實(shí)驗(yàn)室估計(jì)，在美國(guó)家庭一年的總電費(fèi)中，待機(jī)和空載損耗超過(guò)50億美元。據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA)統(tǒng)計(jì)，5%至15%的家庭耗電量(因國(guó)家/地區(qū)而異)都是在待機(jī)模式下產(chǎn)生的；歐盟委員會(huì)估計(jì)歐盟地區(qū)每年約產(chǎn)生50太千瓦時(shí)(TWh)的待機(jī)耗電量。

現(xiàn)在，許多消費(fèi)類產(chǎn)品OEM制造商所生產(chǎn)的電子設(shè)備都具有超低待機(jī)功耗，但真正的目標(biāo)還是要盡可能地接近零功耗。Power Integrations新推出的兩款高壓MOSFET可以幫助設(shè)計(jì)師將電路中的耗能元件隔離開，從而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)零空載功耗的目的。

消除待機(jī)功率

此類電量的節(jié)省會(huì)對(duì)整個(gè)國(guó)家的發(fā)電站配備要求產(chǎn)生直接影響，并且，它已成為各監(jiān)管機(jī)構(gòu)所頒布的能效法規(guī)中的關(guān)鍵內(nèi)容。以電視機(jī)接收器為例，包括能源之星和歐盟生態(tài)標(biāo)簽(EU Eco-Label)在內(nèi)的眾多能效計(jì)劃現(xiàn)在都將最大待機(jī)功耗規(guī)定為1瓦。作為其節(jié)能計(jì)劃的組成部分，歐盟委員會(huì)已針對(duì)用能產(chǎn)品(EuP)的待機(jī)和關(guān)斷模式損耗頒布了用能產(chǎn)品指令Lot 6。Lot 6于2009年初生效，其要求比以往更為嚴(yán)格。自2010年起，新產(chǎn)品的待機(jī)功耗必須低于1瓦。到2011年，具體數(shù)值將進(jìn)一步減小，輸出功率≤ 51W的適配器將降至300mW，輸出功率> 51W的適配器將降至500mW。

2008年，在EuP Lot 6定稿時(shí)，所設(shè)定的目標(biāo)值接近當(dāng)時(shí)最佳可行技術(shù)所能達(dá)到的最高水平。但是，隨著開關(guān)電源IC的快速發(fā)展，待機(jī)功耗水平現(xiàn)在已遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于當(dāng)時(shí)的規(guī)定限值。許多消費(fèi)類知名品牌的公司都認(rèn)識(shí)到了這一情況，他們要求的功耗特性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于各項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。例如，多家大型電視機(jī)及顯示器OEM制造商都已設(shè)定了100mW的最大待機(jī)功耗限值，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一些OEM制造商已設(shè)定了更低的30mW待機(jī)功耗限值。這些限值都大大低于國(guó)家能效法規(guī)的要求。

設(shè)計(jì)超低功耗的開關(guān)電源

如今的開關(guān)電源控制器IC已達(dá)到相當(dāng)先進(jìn)的水平，設(shè)計(jì)周密，足以滿足待機(jī)功耗標(biāo)準(zhǔn)。電源設(shè)計(jì)師只需遵循應(yīng)用指南即可獲得可接受的設(shè)計(jì)。但要想使待機(jī)功耗達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的十分之一或更低，則需要更加關(guān)注細(xì)節(jié)。必須對(duì)每個(gè)電源元件進(jìn)行優(yōu)化，使每次調(diào)整都能節(jié)省一定的功耗。圖1所示為典型反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)中需要優(yōu)化的區(qū)域。

圖1：用Power Integrations的TOPSwitch-HX優(yōu)化過(guò)的開關(guān)電源。

這款20W電源(DER-188)能夠在0.3W輸入功率下提供0.2W的待機(jī)輸出功率，在230VAC下的空載功耗極低，小于100mW。但是，如果要進(jìn)一步降低待機(jī)功率，使其盡可能接近零，該怎么辦呢？