綠色電源設計

GreenLine(綠色線路)、Blue Angel(蘭天使)、Energy Star(能量明星——當今家電行業的關鍵詞是“節能”。

全球科技界認為：家庭和辦公室中各種裝置待機損耗的能量是環境污染的主要來源。像TV接收機、監視器、打印機和VCR這些系統處在待機模式時，問題是“它們能消耗多少能量”？這些家電的能量消耗有兩種載然不同的模式：“運行模式”和“等待”或稱“待機模式”。在保持同樣系統性能的前提下，可以通過降低能量需求來實現運行模式下的節能。電源效率直接影響總系統能量的節省。待機模式的方法有所不同：通常，元件中的“wake-block”（“換醒單元”）是永久供電的，以例隨時準備使整個系統重新運行。

本文描述“綠線”電源是如何改善系統效率和節能的。

待機模式1W功耗

對于任務由墻式電源插座供電的裝置，待機模式的功耗目標是1W。而且已經有幾種功率管理方法可用于實現此目標。用斷開次級負載而保持電源運行的傳統技術不再是可取的。事實上，即是在禁止模式，通常的監視器或TV接收機負載呈現100mW泄漏功率。消除此泄漏功率的一種解決辦法是完全斷開負載。另一種技術是在待機模式期間完全斷開主電源，而設置一個微功率副電源以支持換醒單元工作。

ON Semiconductor公司的MC44608控制器是為解決上述兩種技術所遇到的困難而設計的，用它可設計一個高效率開關電源（SMPS）。由于有效的“SMPS狀態檢測”技術，可用“次級重新配置”來執行泄漏功率抑制。這種對損耗的抑制是靠次級電源干線電壓的陡降（除饋送到喚醒單元的低電壓干線電壓之外）來實現泄漏功率抑制的。

SMPS次級重新配置

SMPS變壓器是用來分配初級/次級能量傳輸的?？砍跫壚@組與每組次級繞組之間的匝比確定輸出電壓。在正常模式期間輸出必須被調整并呈現出最好的穩定性。

次級重新配置的原理是對所希望調整輸出的繞組匝數比進行調節，用SMPS次級的開關來實現。開關結構（見圖1）建立了高電壓繞組（高匝數比）與喚醒單元由源干線之間的連接。在待機時，開關閉合。在這種配置中，在ON周期存儲在變壓器初級繞組中的電源將不再傳輸給相應的輸出干線，而是注入到低電壓干線。其結果是停止向高電壓輸出供電，并迅速地向低電壓輸出充電。正常模式調整（通過TL431）應對能量要求的急劇增加，并采用與LT431并聯的齊納二極管來確保低電壓干線的調整。

脈沖模式工作使SMPS負載禁止

這種重新配置對SMPS工作狀態的第二個影響是相當于電源源的高電壓繞組被偏置在低電壓下。通過磁耦合，每組變壓器繞組反應出相對于其匝數比的這種低電壓。于是，在112V輸出端得到的電壓變為11.2V，24V輸出變為2.4V，Vcc降到1.2V。顯然，在這些條件下，Vcc降到1.2V。顯然，在這些條件下，MC44608控制器將停止工作。事實上，實延與呈現在Vcc平滑電容器（圖1中C7）上的能量有關。當達到欠壓鎖定電平（UVLOL）時，芯片進入等待狀態。在該時間結束時，芯片借助啟動Vcc電容器（C7）重新充電過程和新啟動狀態來試圖重新啟動電源。假若次級重新配置仍然工作，則將重復相同的關閉時序：低電壓干線調整，芯片UVLOL，等待狀態，然后是另一個重新啟動狀態。只要次級處于重新配置，此時序將重復下去。在SMPS的負載端，低電壓電容器由連續的能量包充電（脈沖模式）。

MC44608控制器

該器件是一個功率MOSFET驅動器，為DIP-8塑料封裝。它包含反激SMPS控制器的所有基本功能：一個具有500V電壓能力的集成啟動電流源，一個內部的固定頻率振蕩器（頻率為40、57或100kHz），一個保證斷續電流模式工作的變壓器去磁檢測系統（也可工作在自激振蕩電源SOPS或準諧振模式），一個允許光閉環調整的并聯調整器，一種用于兩種模式（正常和脈沖模式）的完全可編程的過流感測特性，以及防備調整器失去控制時的過壓保護。

MC44608自動選擇工作模式

此特性使得電流能自檢測SMPS次級邊是配置在正常模式還是脈沖模式，執行此特性不需要芯片上的任何特殊接入引腳，因此也不需要另外的元件。此原理是基于在每個能量包括結束時調整器狀態存儲的基礎上?；旧嫌袃煞N類型脈沖模式：“hiccup mode”（打嗝模式）對應于次級過載，“pulsed mode”(“脈沖模式”)對應于次級重新配置啟動。

在“hiccup mode”期間，重要的SMPS特性是“保持不損壞”盡管噪聲也許很大。在這種情況下，功率元件（變壓器，MOSFET和二極管）必須保持在一個可接受的溫度范圍之內。為了保證這種狀態，工作占空因數只是脈沖串周期的10%。

不同的芯片狀態相（圖2）表示，在過載模式中，每次開關時序（每個脈沖串）以過流（OC）檢測為結束。OC狀態被記憶下來并在下一個器件啟動時，將處于“Normal”（正常）模式。在次級重新配置情況下，在工作相結束前達到調整電平，而工作相結束后存儲的狀態是無過流（NOV）。在下一個器件啟動時模式將是“Standby”（待機）。

帶次級重新配置的SMPS電路

圖1是80W TV電源電路。用MC44608只需要4個廉價電阻器。分立電源開關是MTP6N60E額定能量MOSFET。用箝位和緩沖網絡降低EMI輻射，促使在較高線電壓上功率開關的高擊穿安全容限。所用變壓器是Thomson-OREGA公司的10642520-P1，具體性能指標見表1。

表1 變壓器性能指標

反饋回路用光技術對初級/次級隔離。112V輸出干線用連接到TL431上的電阻分壓器進行調整。這種配置產生注入到光電二極管的電流，其值正比于112V干線的dVout偏差。光電晶體管把此反射電流注入到調整器（引腳3）。一個內部并聯調整器把此電流變換為電壓，而電壓模式PWM控制開通期間的功率開關。

在次級端，用與TO-92閘流管MCR22-6串聯的快速二極管執行重新配置。網絡47kW-120pF可使閘流管點火與TMOS關斷（反饋電壓的上升沿）同步。在SMPS正常模式期間，由RC網絡產生的電流尖峰經待機開關直接到地。待機開關可由任務喚醒單元（如微處理器）控制。

執行重新配置的方法對電源不產生任何附加的應力。自閘流管點火類似于次級二極管導通。到低電壓干線的有效連接只修正來自高電壓繞組的電平。另一優點是在次級配置期間電源開關漏極平頂電壓大大降低。事實上反激電壓以112/8分壓。

性能

當工作在激勵模式期間，MC4488提供傳統反激控制器的性能。由于兩個分立過壓保護（一個在Vcc上，另一個直接感測備用繞組電壓），使它能提供高安全電平。第二個OVP與VCC電容器無關，因此反應很快。由于去磁檢測，結果是安全間斷電流模式確保了對輸出短路性能的改善。SMPS總效率是83%。脈沖工作模式輸入功率接近1W，并在8V輸出給出300mW。此功率大小概可認為是總系統功耗。另外，待機模式靠降低功率元件上的電壓提供高安全電平。必須注意，由于去磁特性，靠適當選擇Ton和Toff周期以及振蕩器的開關頻率可使電源運行在SOPS模式。