離線式綠色電源控制芯片降低待機(jī)功耗

隨著家用電器、視聽產(chǎn)品的普及，辦公自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)化的不斷發(fā)展，越來越多的產(chǎn)品具有了待機(jī)功能。這些新產(chǎn)品在極大地方便我們生活的同時(shí)，也造成了大量的能源浪費(fèi)。根據(jù)國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作組織的一項(xiàng)調(diào)查稱，各國(guó)因待機(jī)而消耗的能量約占能耗總數(shù)的3％～13％。我國(guó)的待機(jī)能耗更是高于平均水平。以彩色電視機(jī)為例，測(cè)試調(diào)查表明我國(guó)電視機(jī)待機(jī)功耗的平均水平為8.07W，其中待機(jī)功耗低于3W以下的彩色電視機(jī)只占了被測(cè)彩電總量的13.4%，而9W以上的卻占了34.8%。而美國(guó)對(duì)彩色電視機(jī)待機(jī)功耗標(biāo)準(zhǔn)要求是不大于3W。目前我國(guó)城市家庭的平均待機(jī)能耗已經(jīng)占到了家庭總能耗的10%左右，相當(dāng)于每個(gè)家庭使用著一盞15~30W的“長(zhǎng)明燈”。待機(jī)能耗像一只隱形的吸血蟲，在浪費(fèi)能源的同時(shí)形成了巨大的環(huán)保壓力。
　　開關(guān)電源待機(jī)功耗機(jī)理分析
　　目前，大多數(shù)200W以下的電子設(shè)備，如電源適配器、充電器、電視機(jī)和DVD等等，都是采用離線反激式開關(guān)電路，將電網(wǎng)提供的85V～275V交流電轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備所需要的直流電壓。正常工作狀態(tài)下，反激式開關(guān)電源的損耗主要包括導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，以及控制電路的損耗。待機(jī)狀態(tài)下，因?yàn)橄到y(tǒng)的輸出電流接近于零，導(dǎo)通損耗可以忽略，開關(guān)損耗和控制電路的損耗成為主要的系統(tǒng)待機(jī)功耗。降低待機(jī)功耗，應(yīng)著眼于開關(guān)損耗和控制電路的損耗的降低。

圖1，反激式開關(guān)電源在待機(jī)狀態(tài)下的主要損耗類型

　　圖1給出反激式開關(guān)電源在待機(jī)狀態(tài)下的主要損耗類型，其中MOSFET開關(guān)損耗、門級(jí)驅(qū)動(dòng)損耗、變壓器磁芯損耗、輸出整流管反向恢復(fù)損耗以及緩沖器損耗都屬于開關(guān)損耗，而控制電路的損耗主要表現(xiàn)為啟動(dòng)電阻上的損耗。表1給出了這些損耗的近似估算公式：

表1 主要功率損耗的估算公式

　　可以看出，各種類型的開關(guān)損耗都與開關(guān)頻率fsw有關(guān)，降低開關(guān)頻率可以減少開關(guān)損耗。而啟動(dòng)電阻的損耗直接與整流后的直流母線電壓VDC和電阻值RS相關(guān)。在保證寬電壓輸入的工作條件下只有通過降低啟動(dòng)電流增大啟動(dòng)電阻RS的方法來降低啟動(dòng)電阻損耗。
　　目前有兩類主要的待機(jī)節(jié)能工作方式：間歇式(skip cycle or burst mode)和降頻式(frequency reduction)。
　　降頻式通過檢測(cè)輸出功率來控制開關(guān)頻率。當(dāng)控制器檢測(cè)到輸出功率小于設(shè)定的臨界值以后，開關(guān)頻率隨輸出功率線形下降以減小開關(guān)損耗，因此輕載或無載時(shí)可以降低待機(jī)功耗。由于
　　因此在一定的電壓下降低開關(guān)頻率可能會(huì)導(dǎo)致磁芯飽和的問題，這是降頻技術(shù)的局限性。
　　間歇式的基本思想是當(dāng)輸出功率小于設(shè)定的臨界值以后，控制器根據(jù)輸出功率的大小間歇式地停止輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)但保持開關(guān)頻率不變，這樣可以很大程度上地降低待機(jī)功耗。待機(jī)功耗的降低程度取決于間歇時(shí)間的長(zhǎng)短。如圖2所示意，其中P1>P2>P3。ON Semi的NCP120x和BCD Semi的AP384xG都是典型的間歇式PWM控制器。采用這種技術(shù)可以完全避免輕載情況下的磁芯飽和的問題。

圖2，間歇式待機(jī)控制示意圖

　　綠色電源控制器
　　AP384xG是BCD Semi公司生產(chǎn)的與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)PWM控制器384x完全兼容并具有間歇式待機(jī)功能的“綠色電源”控制器。圖3 a, b給出了其內(nèi)部電路框圖和管腳排列圖。

圖3，AP384xG內(nèi)部框圖

　　從內(nèi)部電路框圖可以看出，AP384xG與標(biāo)準(zhǔn)PWM控制器384x相比最明顯的差別在于其內(nèi)部增加了一個(gè)可控電流源，通過電流源充電提高Pin CS的比較電平來實(shí)現(xiàn)輕載情況下的間歇式工作模式以降低待機(jī)功耗。為進(jìn)一步降低待機(jī)功耗、提高電源效率，AP384xG還特別設(shè)計(jì)了低啟動(dòng)電流電路。啟動(dòng)電流從典型的200uA降低至40uA，大大的降低了啟動(dòng)電阻上的損耗。同時(shí)AP384xG還增設(shè)了“脈沖前沿消除技術(shù)”，即所謂的L.E.B.功能，可以避免功率MOSFET導(dǎo)通瞬間由于寄生電容放電產(chǎn)生的尖脈沖對(duì)電流取樣信號(hào)的干擾。
　　表2給出了AP384xG與標(biāo)準(zhǔn)PWM控制器AZ384xA的詳細(xì)區(qū)別。可以看出，芯片自身工作電流的減少也可以降低待機(jī)功耗。