揭秘 如何提高开关电源待机效率.doc

揭秘如何提高开关电源待机效率电源网讯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BLUEANGEL,ENERGYSTAR,ENERGY2000等绿色能源标准,而欧盟对开关电源的要求是:到2005年,~15W,15W~50W和50W~75W的开关电源,,。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。 2、开关电源功耗分析Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse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 Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse 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。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse3、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(QuasiResonant,QR)切换至脉宽调制(PulseWidthModulation,PWM),脉宽调制切换至脉冲频率调制(PulseFrequencyModulation,PFM);可控脉冲模式(BurstMode)。;mercialuse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,。不过电路增加了复杂度和成本。  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3:3895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CoolSetF2系列已经集成了该功能。 →PWMIRIS40xx芯片就是通过QR与PWM切换来提高待机效率的。图4是IRIS4015构成的反激式开关电源,重载时,辅助绕组电压大,,Q1导通,辅助准谐振信号经过D1,D2,R3,C2构成的延时电路到达IRIS4015的FB脚,内部比较器对该信号进行比较,电路工作在准谐振模式。当电源处于轻载和待机时候,辅助绕组电压较小,Q1关断,谐振信号不能传输至FB端,FB电压小于芯片内部的一个门限电压,不能触发准谐振模式,电路则工作在更低频的脉宽调制控制模式。  图4由IRIS4015构成的QR/→PFM对于额定功率时工作在PWM模式的开关电源,,也可以通过切换至PFM模式提高待机效率,即固定开通时间,调节关断时间,负载越低,关断时间越长,工作频率也越低。图5是采用NS公司的LM2618控制的Buck转换器电路和分别采用PWM和PFM控制方法的效率比较曲线。由图可见,在轻载时采用PFM模式的电源效率明显大于采用PWM模式时的效率,且负载越低,PFM效率优势越明显。将待机信号加在其PW/引脚上,在额定负载条件下,该引脚为高电平,电路工作在PW