如何有效實現開關電源的待機低功耗的設計方案

引言

隨著能源效率和環保的日益重要，人們對開關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品能滿足BLUE ANGEL，ENERGY STAR， ENERGY 2000等綠色能源標準，而歐盟對開關電源的要求是：到2005年，額定功率為0.3W~15W，15W~50W和50W~75W的開關電源，待機功耗需分別小于0.3W，0.5W和0.75W。而目前大多數開關電源由額定負載轉入輕載和待機狀態時，電源效率急劇下降，待機效率不能滿足要求。這就給電源設計工程師們提出了新的挑戰。

開關電源功耗分析

要減小開關電源待機損耗，提高待機效率，首先要分析開關電源損耗的構成。以反激式電源為例，其工作損耗主要表現為：MOSFET導通損耗。

MOSFET寄生電容損耗

開關交疊損耗，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系，即與單位時間內器件開關次數成正比。

在待機狀態，主電路電流較小，MOSFET導通時間ton很小，電路工作在DCM模式，故相關的導通損耗，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交疊損耗和啟動電阻損耗構成。

提高待機效率的方法

根據損耗分析可知，切斷啟動電阻，降低開關頻率，減小開關次數可減小待機損耗，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)切換至脈寬調制(Pulse Width Modulation，PWM)， 脈寬調制切換至脈沖頻率調制(Pulse Frequency Modulation， PFM)；可控脈沖模式(Burst Mode)。

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內部設有專門的啟動電路，可在啟動后關閉該電阻。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。不過電路增加了復雜度和成本。

　圖1 UC3842反激式電源啟動電路

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，實現時鐘頻率的線性下降。POWER公司的TOPSwitch-GX和 SG公司的SG6848芯片內置了這樣的模塊，能根據負載大小調節頻率，圖2所示是SG6848時鐘頻率與其反饋電流的關系。

圖2 SG6848反饋電流與時鐘頻率的關系

突降實現方法如圖3：以UCC3895為例，當電源處于正常負載狀態時，Q1導通，其時鐘周期為：

當電源進入待機狀態時，Q1關閉，時鐘周期增大為

即開關頻率減小。開關損耗降為降頻前的

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

圖3