如何提高開關(guān)電源待機效率

　1、引言

隨著能源效率和環(huán)保的日益重要，人們對開關(guān)電源待機效率期望越來越高，客戶要求電源制造商提供的電源產(chǎn)品能滿足BLUE ANGEL,ENERGY STAR, ENERGY 2000等綠色能源標準，而歐盟對開關(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(shù)開關(guān)電源由額定負載轉(zhuǎn)入輕載和待機狀態(tài)時，電源效率急劇下降,待機效率不能滿足要求。這就給電源設(shè)計工程師們提出了新的挑戰(zhàn)。

　　2、開關(guān)電源功耗分析

　　要減小開關(guān)電源待機損耗，提高待機效率，首先要分析開關(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

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

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

　　3、提高待機效率的方法

　　根據(jù)損耗分析可知，切斷啟動電阻，降低開關(guān)頻率，減小開關(guān)次數(shù)可減小待機損耗，提高待機效率。具體的方法有：降低時鐘頻率;由高頻工作模式切換至低頻工作模式，如準諧振模式(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 切斷啟動電阻

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

　　圖1 UC3842反激式電源啟動電路

　　3.2　降低時鐘頻率

　　時鐘頻率可平滑下降或突降。平滑下降就是當反饋量超過某一閾值，通過特定模塊，實現(xiàn)時鐘頻率的線性下降。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)負載大小調(diào)節(jié)頻率，圖2所示是SG6848時鐘頻率與其反饋電流的關(guān)系。

　　圖2　SG6848反饋電流與時鐘頻率的關(guān)系

　　突降實現(xiàn)方法如圖3：以UCC3895為例，當電源處于正常負載狀態(tài)時，Q1導(dǎo)通，其時鐘周期為：

　　當電源進入待機狀態(tài)時，Q1關(guān)閉，時鐘周期增大為

　　即開關(guān)頻率減小。開關(guān)損耗降為降頻前的

　　(小于1)倍。L5991和Infineon公司的CoolSet F2系列已經(jīng)集成了該功能。

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