離線式綠色電源控制芯片降低待機功耗

隨著家用電器、視聽產品的普及，辦公自動化的廣泛應用和網絡化的不斷發展，越來越多的產品具有了待機功能。這些新產品在極大地方便我們生活的同時，也造成了大量的能源浪費。根據國際經濟合作組織的一項調查稱，各國因待機而消耗的能量約占能耗總數的3％～13％。我國的待機能耗更是高于平均水平。以彩色電視機為例，測試調查表明我國電視機待機功耗的平均水平為8.07W，其中待機功耗低于3W以下的彩色電視機只占了被測彩電總量的13.4%，而9W以上的卻占了34.8%。而美國對彩色電視機待機功耗標準要求是不大于3W。目前我國城市家庭的平均待機能耗已經占到了家庭總能耗的10%左右，相當于每個家庭使用著一盞15~30W的“長明燈”。待機能耗像一只隱形的吸血蟲，在浪費能源的同時形成了巨大的環保壓力。
　　開關電源待機功耗機理分析
　　目前，大多數200W以下的電子設備，如電源適配器、充電器、電視機和DVD等等，都是采用離線反激式開關電路，將電網提供的85V～275V交流電轉換為電子設備所需要的直流電壓。正常工作狀態下，反激式開關電源的損耗主要包括導通損耗和開關損耗，以及控制電路的損耗。待機狀態下，因為系統的輸出電流接近于零，導通損耗可以忽略，開關損耗和控制電路的損耗成為主要的系統待機功耗。降低待機功耗，應著眼于開關損耗和控制電路的損耗的降低。

圖1，反激式開關電源在待機狀態下的主要損耗類型

　　圖1給出反激式開關電源在待機狀態下的主要損耗類型，其中MOSFET開關損耗、門級驅動損耗、變壓器磁芯損耗、輸出整流管反向恢復損耗以及緩沖器損耗都屬于開關損耗，而控制電路的損耗主要表現為啟動電阻上的損耗。表1給出了這些損耗的近似估算公式：

表1 主要功率損耗的估算公式

　　可以看出，各種類型的開關損耗都與開關頻率fsw有關，降低開關頻率可以減少開關損耗。而啟動電阻的損耗直接與整流后的直流母線電壓VDC和電阻值RS相關。在保證寬電壓輸入的工作條件下只有通過降低啟動電流增大啟動電阻RS的方法來降低啟動電阻損耗。
　　目前有兩類主要的待機節能工作方式：間歇式(skip cycle or burst mode)和降頻式(frequency reduction)。
　　降頻式通過檢測輸出功率來控制開關頻率。當控制器檢測到輸出功率小于設定的臨界值以后，開關頻率隨輸出功率線形下降以減小開關損耗，因此輕載或無載時可以降低待機功耗。由于
　　因此在一定的電壓下降低開關頻率可能會導致磁芯飽和的問題，這是降頻技術的局限性。
　　間歇式的基本思想是當輸出功率小于設定的臨界值以后，控制器根據輸出功率的大小間歇式地停止輸出驅動信號但保持開關頻率不變，這樣可以很大程度上地降低待機功耗。待機功耗的降低程度取決于間歇時間的長短。如圖2所示意，其中P1>P2>P3。ON Semi的NCP120x和BCD Semi的AP384xG都是典型的間歇式PWM控制器。采用這種技術可以完全避免輕載情況下的磁芯飽和的問題。

圖2，間歇式待機控制示意圖

　　綠色電源控制器
　　AP384xG是BCD Semi公司生產的與工業標準PWM控制器384x完全兼容并具有間歇式待機功能的“綠色電源”控制器。圖3 a, b給出了其內部電路框圖和管腳排列圖。

圖3，AP384xG內部框圖

　　從內部電路框圖可以看出，AP384xG與標準PWM控制器384x相比最明顯的差別在于其內部增加了一個可控電流源，通過電流源充電提高Pin CS的比較電平來實現輕載情況下的間歇式工作模式以降低待機功耗。為進一步降低待機功耗、提高電源效率，AP384xG還特別設計了低啟動電流電路。啟動電流從典型的200uA降低至40uA，大大的降低了啟動電阻上的損耗。同時AP384xG還增設了“脈沖前沿消除技術”，即所謂的L.E.B.功能，可以避免功率MOSFET導通瞬間由于寄生電容放電產生的尖脈沖對電流取樣信號的干擾。
　　表2給出了AP384xG與標準PWM控制器AZ384xA的詳細區別。可以看出，芯片自身工作電流的減少也可以降低待機功耗。