EPS節(jié)能方案

引言

最近幾年電源產(chǎn)品已經(jīng)取得了突破性的進步，但與此同時，當今能源浪費的問題已成為國內(nèi)外越來越關(guān)注的問題，它反映在以下幾個方面：

a 使用礦物燃料的能源資源是有限的，獲取能源的成本也在增加，礦物燃料的消耗也帶來其它負面影響（即環(huán)境污染），而可替代能源資源還沒有成熱。

b 所有的家電產(chǎn)品和電子設(shè)備都要消耗電力。

c 不斷增長的個人用電子產(chǎn)品通過使用適配器和充電器——外部電源（EPS）——也在消耗能源外部電源。

1 節(jié)能理念來推動或重新設(shè)計

電源在輕載時的高效率是關(guān)鍵因素。工作模式的效率是當電源工作在25%、50%、75%及100%負載時效率的平均值：在整個負載范圍內(nèi)持續(xù)的高效率比重載時的高效率更加重要；最理想的控制方案是隨負載的降低頻率也相應(yīng)地降低。

為了解決電源系統(tǒng)提供更高的能量利用效率，國際上頒布了許多標準，如國際能源署“1W計劃”、美國新版能源之星、美國80 PLUS等。

新的外部電源（EPS）能效標準：適用于所有功率從小于1W到250W的單路輸出的外部電源（EPS）；等同于EnergyStar（EPA）標準（CEC，CECP，AGO，EU）；同時適用于AC-DC和AC-AC適配器及充電器；美國其它的州也會用此的標準/法規(guī)正在進行中；中國CECP標準從2005年1月1日開始生效；在澳大利亞從2006年4月1日開始生效；歐盟從2007年1月1日也將采用標準中工作模式時的相應(yīng)規(guī)定。

隨著這些新標準的出臺，對電源設(shè)計有了新的挑戰(zhàn)。為此，需要有新的舉措來面對新的挑戰(zhàn)。首先是那就是要用節(jié)能理念來推動或重新設(shè)計。即節(jié)能已成為一個重要的設(shè)計要求；而今60%的現(xiàn)有方案都無法滿足新標準的要求；關(guān)于外部電源（EPS）的節(jié)能標準已經(jīng)頒布；不少公司新推出的產(chǎn)品系列能令您的設(shè)計符合所有日前及提議中的標準。再則要用新技術(shù)來應(yīng)對設(shè)計挑戰(zhàn)，如為了降低待機模式的能耗，安森美半導(dǎo)體則側(cè)重于其他技術(shù)，如跳周期待機模式，PWM控制器主控PFC（輕載時關(guān)斷PFC以降低待機能耗）。此外，將諸多新技術(shù)和功能集成到芯片內(nèi)，如DDS（動態(tài)自供電）、頻率抖動、Soxy-less（無線圈去磁檢測）等，可起到簡化外圍電路設(shè)計的作用，也相應(yīng)減少了功率損耗值此僅就選擇節(jié)能芯片和利用利用智能電源管理技術(shù)節(jié)省能源二個方面來研對。

2 節(jié)能芯片的選擇

2.1 LinkSwitch-LP器件特點及工作方式

2.1.1 LinkSwitch-LP系列的產(chǎn)品特性

易于設(shè)計、外圍元件數(shù)目很少的解決方案；原邊電路控制器在負載超過峰值功率點時限制了輸出電流——無需電流檢測電阻；完善的故障保護——過熱、短路及開環(huán)；可在通用輸入電壓范圍（85-265VAC）內(nèi)操作；圖1為典型應(yīng)用的非而簡化電路（a）及輸出特性（b）。突出的特點是節(jié)能技術(shù)：無需任何附加元件，輕松達到全球所有的節(jié)能標準；在265VAC輸入時的空載能耗《150mW；開/關(guān)控制可在極輕負載時具備恒定的效率——是達到強制性CEC標準的理想選擇。

2.1.2 LinkSwitch-LP的系統(tǒng)成本優(yōu)勢

從圖1可知那就是：頻率抖動降低了EMI，采用簡單的EMI濾波；電感即用于濾波又用于保險絲功能，見圖1中A點部分；內(nèi)部高壓恒流源省去了啟動和偏置電路，見圖1中B點部分； 內(nèi)部電流檢測電路省去了外圍的電流檢測電阻見圖1中c點部分；嚴格的器件參數(shù)公差，低的限流點，允許初級繞組上不使用箱位電路，見圖1中D點部分；低成本的變壓器反饋穩(wěn)壓，見圖1中E點部分；輸出電壓由分壓電阻決定，有精確的FB腳電壓見，圖1中F點部分；開/關(guān)操作不需要頻率補償元件，見圖1中G點部分。針對有最低成本要求，且對恒壓/恒流要求寬松的應(yīng)用進行了優(yōu)化。

2.2 典型應(yīng)用

圖2顯示的是一個典型的用LNK564IC構(gòu)成的6V330mA恒壓/恒流（CV/CC）輸出電源電路的替代方案。值此對方案特點作一分析。

2.2.1 輸入電路

AC輸入差模濾波可由C1和L1形成的極低成本的輸入濾波器得以實現(xiàn)。LNK564的頻率抖動特性省去輸入pi（C、L、C）濾波元件，僅需要一個大容量電容。加上一個套管還可使輸入電感L1既用作保險絲，又用作一個濾波元件。這一簡單的Filterfuse（濾波保險絲）輸入級更進一步地降低了系統(tǒng)成本。

另一個可選方案是用一個保險絲電阻RFl來提供保險絲的功能。

在某些應(yīng)用中如果允許EMI的裕量較低及/或降低的輸入耐浪涌能力，那么可以從中線上取掉輸入二極管D2。在這類應(yīng)用中，D1需要是一個耐壓為800V的二極管。

2.2.2 關(guān)于LNK564開/關(guān)控制

該設(shè)計采用簡單的偏置繞組（T1脈沖變壓器/1.2）電壓反饋方式，由LNK564進行開/關(guān)控制。當開關(guān)關(guān)閉時，由R1及R2形成的電阻分壓器決定了脈沖變壓器T1偏置繞組上的輸出電壓。在V/I曲線（見圖1（b））上的恒壓工作區(qū)域，LNK564器件使能/禁止開關(guān)周期以維持FB引腳的電壓為1.69V。二極管D3及低成本陶瓷電容C3提供初級反饋繞組（T1/3.4）電壓的整流濾波功能。當加重的負載超出恒定功率閾值，F(xiàn)B引腳電壓開始隨電源輸出電壓的下降而降低。內(nèi)部振蕩器頻率在這一區(qū)域內(nèi)線性下降，直到達到啟動頻率50%為止。當FB引腳電壓下降到低于自動重啟動閾值（FB引腳通常為0.8V，這相當于電源輸出電壓在1V到1.5V之間），電源將關(guān)斷100ms，然后再重新開啟100ms。它將會持續(xù)進行這一工作模式直到FB腳超過自動重啟動閾值。這一功能在輸出短路的情況下可降低平均輸出電流。該方案中，可將C3提高到0.47mF或更高來進一步降低空載耗。

由于LNK564中使用了限流調(diào)節(jié)技術(shù)從而使得限流點公差非常精確，同時采用較新的變壓器結(jié)構(gòu)技術(shù)得以在初級電路中實現(xiàn)無箝位電路的設(shè)計。峰值漏極電壓在265VAC輸入時可以控制在550V之下，對700V耐壓（BVDss）的MOSFET管來說有非常大的裕量。

2.2.3 輸出電路管的選擇

輸出的整流濾波由輸出整流管D4和濾波電容C5來實現(xiàn)。

由于自動重啟動特性，平均短路輸出電流大大低于1A，因而可以使用低成本的D4整流管。輸出電路只要能處理電源輸出短路時的持續(xù)短路電流就可以了。二極管D4為超快恢復(fù)型二極管，用來優(yōu)化輸出V/I特性。備選電阻R3作為假負載，在空載輸出時將輸出電壓加以限制。盡管存在這個假負載，空載能耗在265VAC時仍能保持在140mW左右的目標范圍內(nèi)。通過將R3的值提高到2.2kW或更高，就可滿足更低的空載能耗要求，并同時可將輸出電壓限制在9V以下。如需要，可將備選的Zener（齊納）嵌位二極管（VRl）安裝在電路板的左側(cè)的空白位置以便在開環(huán)情況下限制電源最大輸出電壓。

3 利用智能電源管理技術(shù)節(jié)省能源

近幾年來，電源管理技術(shù)有飛躍的發(fā)展，可供選擇的設(shè)計方案也越來越多。政府環(huán)保團體及消費者不斷向電子產(chǎn)品廠商施加壓力，敦促他們增加產(chǎn)品功能的同時，也必須降低系統(tǒng)的能耗。目前，便攜式電子產(chǎn)品市場的發(fā)展尤其令人矚目，例如，無線通信產(chǎn)品不斷推陳出新，功能也越趨多樣化，是帶動整個市場發(fā)展的功臣。照目前的發(fā)展趨勢看，移動電話、個人數(shù)字助理、MP3播放機、數(shù)字相機及便攜式電子游戲機都朝著外型更小、速度更高、功能更齊備的方向發(fā)展。為了確保/通話時間/（即電池壽命）可以延長至滿意的水平，工程師便一直致力于改善電源供應(yīng)子系統(tǒng)的設(shè)計。

便攜式電子產(chǎn)品的電池壽命取決于兩個關(guān)鍵因素，其一是電源轉(zhuǎn)換效奉，而另一個因素是系統(tǒng)的能源管理方法。電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)負責將電池的供電電壓盡量以最高的效率轉(zhuǎn)為設(shè)計規(guī)定的供電干線電壓，而能源管理系統(tǒng)則針對實際的應(yīng)用情況，實時提供剛好能滿足其需要的供電，以節(jié)省能源。

3.1 PowerWise技術(shù)降低能耗

新—代的節(jié)能技術(shù)側(cè)重于調(diào)節(jié)處理器的頻率及電壓以降低能耗。

對于以電池供電的系統(tǒng)來說，究竟系統(tǒng)能否長時間處于開啟狀念，取決于其能耗的大小。單單降低其頻率只會減少具平均功耗：但不會減少某一計算上作所需耗用的能源。系統(tǒng)電壓必須調(diào)低，才可真正叫節(jié)省能源。動態(tài)電壓調(diào)節(jié)（DVS）及自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)（AVS）這兩種電源管理技術(shù)都可降低系統(tǒng)電壓。

3.1.1 自適應(yīng)電壓調(diào)整技術(shù)的優(yōu)點

用于跟蹤系統(tǒng)處理器的性能變化的嵌入式自適應(yīng)電源控制器（APC）作出自適應(yīng)電壓調(diào)整。APC通過一個P