實(shí)現(xiàn)低于/高于75W應(yīng)用的綠色適配器解決方案

能源問(wèn)題如今已落實(shí)到廠商生產(chǎn)的具體產(chǎn)品上。“能源之星”的提出為產(chǎn)品流入市場(chǎng)前設(shè)置了一道“坎”。最新實(shí)現(xiàn)的“能源之星”外部電源規(guī)范對(duì)電源適配器的工作能效、空載能耗等提出了更高的要求。而縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，并加快上市進(jìn)程是當(dāng)今各大廠商“狠抓落實(shí)”的目標(biāo)。如何既滿足“能源之星”又達(dá)到自身的目的呢？本文分別基于低于75W應(yīng)用及高于75W需要PFC的應(yīng)用，分析了電源控制器實(shí)現(xiàn)這些規(guī)范所需要具備的特性，并提供相關(guān)的測(cè)試數(shù)據(jù)予以佐證。

電源是電子系統(tǒng)中必不可少的組件。除了電視和計(jì)算機(jī)等產(chǎn)品中所使用的內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換器，外部電源適配器也廣泛應(yīng)用于手機(jī)、DSL調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)、筆記本電腦及游戲機(jī)等領(lǐng)域，以至于一個(gè)普通家庭可能就會(huì)擁有少則三五個(gè)、多則逾十個(gè)的電源適配器。這些適配器的應(yīng)用規(guī)模非常龐大，而且其功率消耗又在一定程度上與用戶的使用習(xí)慣密切相關(guān)。例如，許多用戶在將電源適配器(或稱充電器)從應(yīng)用端(如筆記本電腦)撥出后，仍將插頭插在墻式插座上，使其在不使用的情況下仍然消耗電流。

因此，電源適配器的工作能效及待機(jī)能耗成為美國(guó)環(huán)保署(EPA)能源之星等規(guī)范瞄準(zhǔn)改善的目標(biāo)。2008年11月開(kāi)始生效的能源之星外部電源(EPS) 2.0版規(guī)范(簡(jiǎn)稱EPA 2.0)就在1.1版基礎(chǔ)上提高了要求，如表1所示(Ln為額定輸出功率的自然對(duì)數(shù))。例如，額定功率大于49W的外部電源在標(biāo)準(zhǔn)工作模式的能效基準(zhǔn)要求從0.84提到0.870，而交流-直流(AC-DC) EPS最大空載待機(jī)能耗也大幅降低。

表1：美國(guó)環(huán)保署能源之星外部電源的1.1及2.0版規(guī)范。

不同適配器的功率等級(jí)相關(guān)較大，如手機(jī)充電器的功率低至5W，而游戲機(jī)適配器功率則可達(dá)250W。根據(jù)IEC61000-3-2等標(biāo)準(zhǔn)的要求，功率大于 75W的電源應(yīng)用需要增加功率因數(shù)校正(PFC)，低于75W則無(wú)此要求。因此，我們就以75W為界線，分別著重討論?率低于75W適配器和高于75W適配器滿足EPA 2.0新規(guī)范所需要的特性，以及能夠提供這些所需特性的安森美半導(dǎo)體高性能、高能效控制器示例。

功率低于75W的適配器特性及控制器解決方案

對(duì)于功率低于75W的適配器而言，在工作能效提升方面，首先就需要考慮其損耗來(lái)源。事實(shí)上，其損耗主要包括兩個(gè)方面，分別是開(kāi)關(guān)損耗和門(mén)電荷(Qgate)損耗，這兩類損耗分別可以用等式(1)和等式(2)來(lái)量化：

從這兩個(gè)等式中可以看出，要提升能效，可以從開(kāi)關(guān)頻率(FSW)及關(guān)閉時(shí)的漏極電壓(VDRAIN(turn-off))著手，即要降低開(kāi)關(guān)頻率，特別是在輕載時(shí)可以采用頻率反走技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)；而通過(guò)采用谷底開(kāi)關(guān)(valley switching)技術(shù)，也可以降低關(guān)閉時(shí)的漏極電壓。

而在降低空載能耗方面，可以首先分析出空載損耗主要在于啟動(dòng)電路中的靜態(tài)損耗，即在空載條件下，啟動(dòng)電阻仍會(huì)持續(xù)地從大電容消耗電流，造成功率損耗。而降低啟動(dòng)電路損耗的途徑有多種，如采用具有極低啟動(dòng)電流的外部啟動(dòng)電阻、采用關(guān)斷時(shí)泄漏電流極低的集成啟動(dòng)電流源，以及連接啟動(dòng)電路至半波整流交流輸入等。