如何有效实现开关电源的待机低功耗的设计方案

引言

本文引用地址：随着能源效率和环保的日益重要，人们对开关电源待机效率期望越来越高，客户要求电源制造商提供的电源产品能满足BLUE ANGEL，ENERGY STAR， ENERGY 2000等绿色能源标准，而欧盟对开关电源的要求是：到2005年，额定功率为0.3W~15W，15W~50W和50W~75W的开关电源，待机功耗需分别小于0.3W，0.5W和0.75W。而目前大多数开关电源由额定负载转入轻载和待机状态时，电源效率急剧下降，待机效率不能满足要求。这就给电源设计工程师们提出了新的挑战。

开关电源功耗分析

要减小开关电源待机损耗，提高待机效率，首先要分析开关电源损耗的构成。以反激式电源为例，其工作损耗主要表现为：MOSFET导通损耗。

MOSFET寄生电容损耗

开关交叠损耗，PWM控制器及其启动电阻损耗，输出整流管损耗，箝位保护电路损耗，反馈电路损耗等。其中前三个损耗与频率成正比关系，即与单位时间内器件开关次数成正比。

在待机状态，主电路电流较小，MOSFET导通时间ton很小，电路工作在DCM模式，故相关的导通损耗，次级整流管损耗等较小，此时损耗主要由寄生电容损耗和开关交叠损耗和启动电阻损耗构成。

提高待机效率的方法

根据损耗分析可知，切断启动电阻，降低开关频率，减小开关次数可减小待机损耗，提高待机效率。具体的方法有：降低时钟频率;由高频工作模式切换至低频工作模式，如准谐振模式(Quasi Resonant，QR)切换至脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)， 脉宽调制切换至脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation， PFM)；可控脉冲模式(Burst Mode)。

1、切断启动电阻

对于反激式电源，启动后控制芯片由辅助绕组供电，启动电阻上压降为300V左右。设启动电阻取值为47kΩ，消耗功率将近2W。要改善待机效率，必须在启动后将该电阻通道切断。TOPSWITCH，ICE2DS02G内部设有专门的启动电路，可在启动后关闭该电阻。若控制器没有专门启动电路，也可在启动电阻串接电容，其启动后的损耗可逐渐下降至零。缺点是电源不能自重启，只有断开输入电压，使电容放电后才能再次启动电路。而图1所示的启动电路，则可避免以上问题，而且该电路功耗仅为0.03W。不过电路增加了复杂度和成本。

图1 UC3842反激式电源启动电路

2、降低时钟频率

时钟频率可平滑下降或突降。平滑下降就是当反馈量超过某一阈值，通过特定模块，实现时钟频率的线性下降。POWER公司的TOPSwitch-GX和 SG公司的SG6848芯片内置了这样的模块，能根据负载大小调节频率，图2所示是SG6848时钟频率与其反馈电流的关系。

图2 SG6848反馈电流与时钟频率的关系

突降实现方法如图3：以UCC3895为例，当电源处于正常负载状态时，Q1导通，其时钟周期为：

当电源进入待机状态时，Q1关闭，时钟周期增大为

即开关频率减小。开关损耗降为降频前的

(小于1)倍。L5991和Infineon公司的CoolSet F2系列已经集成了该功能。

图3

工程服制作

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