零待機功耗設計方案

在2011 IIC-China上，PI公司展示了兩款零待機功耗解決方案，其中一款是基于其集成離線式開關IC - LinkZero-AX的零待機功耗方案，吸引了很多整機設計工程師。我們都知道，電子產(chǎn)品在待機時一般都是主電源不工作，而輔助電源處于工作狀態(tài)，PI的LinkZero-AX采用了一種新的斷電模式，可在電源空載時有效關斷輔助電源。斷電模式可由微控制器獲取的信號觸發(fā)，它可以完全關斷開關操作和內(nèi)部開關控制電路，從而消除這些不需要的功能所浪費的能量。在斷電模式下，LinkZero-AX并沒有終止工作，通過復位脈沖或按鍵操作即可將IC喚醒。

“其實這里提出的零待機功耗并非完全待機功耗為零，只是待機功耗降低到非常低的水平，一般10毫瓦的待機功耗可以測出，但到了10毫瓦以下，測量都很困難，所以可以稱為零功耗！” Power Integrations市場營銷副總裁Doug Bailey指出。實際測量表明，LinkZero-AX能將高功率消費類產(chǎn)品及電器的待機功耗降低至4 mW，甚至接近零瓦。（按照IEC 62301第4.5條規(guī)定，低于5 mW的待機功率視為零功耗。）

隨著節(jié)能環(huán)保成為共識，更低的待機功耗技術也受到消費者的重視，據(jù)了解，電器產(chǎn)品在待機時所消耗的電能，已經(jīng)成為一種嚴重的能源浪費。據(jù)中國節(jié)能產(chǎn)品認證中心調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一個城市家庭中有待機功能的家用電器有將近10余種，每月平均待機功耗在15-30瓦之間，這個數(shù)字占到家庭電力消耗的10%左右。也就是說，每個月你支付的電費里面，有一成是為待機買單，所以節(jié)能技術還有深挖的潛力。

“另一種待機現(xiàn)象是充電器。例如，手機充電器一般在充滿電后，很多用戶沒有及時斷電，導致充電器在待機狀態(tài)繼續(xù)消耗電流。” Doug強調(diào)，“采用了我們的方案后，可以杜絕這樣的現(xiàn)象發(fā)生。”針對這種零待機需求，PI推出了LinkZero-LP 產(chǎn)品，它適合充電器和適配器。LinkZero-LP采用了新的控制技術，能使器件自動進入空載模式并可以從空載模式中被喚醒，而空載功耗也是4 mW DD這遠低于IEC規(guī)定的零空載功耗標準。

“LinkZero-LP可以自動監(jiān)測負載，當負載去除后進入斷電模式，再次施加負載后自動重新激活。”Doug指出，“另外，其啟動及工作時的IC供電直接來自于漏極引腳，無需使用啟動電路。通過內(nèi)部振蕩頻率的抖動大大降低了準峰值和平均值的EMI，從而降低濾波器成本。”

目前，PI提供小功率零待機方案，如下圖所示。



圖1 PI 2.1W CC/CV充電器方案，基于PI LinkZero-LP器件，待機功耗接近于0



圖2 PI 1.5W非隔離式反激式電源，待機功耗接近于0

Doug 透露PI將來會從兩個方向發(fā)展零待機功耗產(chǎn)品，一個方向是進一步降低待機功耗，向真正的“零功耗”發(fā)展，另一個方向是將產(chǎn)品適用領域擴展到更高功率產(chǎn)品，例如白家電、大型電器設備等等。由于平板數(shù)字電視日益普及，其開機需要時間，加上很多用戶已經(jīng)知道開機瞬態(tài)電流對家電的損害非常大，所以很多中國用戶不再采用CRT電視時代使用的直接斷電的模式，而是讓電器處于待機狀態(tài)，這樣的使用習慣急需零待機功耗產(chǎn)品的面世。

現(xiàn)在，除了PI，飛兆半導體、NXP等公司也開始推出零待機功耗產(chǎn)品。相信在不久的將來，零待機功耗電器將迎來普及的時代。

背景知識：開關電源待機功耗機理分析

目前，大多數(shù)100W以下的電子設備，如電源適配器、充電器、無繩電話、ADSL路由器、LCD顯示器和DVD等等，都是采用離線反激式開關電路，將電網(wǎng)提供的85V～275V交流電轉(zhuǎn)換為電子設備所需要的直流電壓。正常工作狀態(tài)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(tài)下，由于系統(tǒng)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(tǒng)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。




上圖給出反激式開關電源在待機狀態(tài)下的主要損耗類型，其功率管開關損耗、驅(qū)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。各種類型的開關損耗都與開關頻率有關，降低開關頻率可以減少開關損耗。控制電路的損耗主要表現(xiàn)為啟動電阻上的損耗，而啟動電阻的損耗直接與整流后的直流母線電壓和啟動電阻數(shù)值有關。在保證寬電壓輸入的工作條件下可以通過降低啟動電流的方法來降低啟動電阻損耗。