超低功耗開關(guān)電源設(shè)計

要想減緩人類在能源使用過程中對環(huán)境所造成的影響，最有效方式就是降低產(chǎn)品的功耗。降低帶載功耗是最明顯的需要。但在產(chǎn)品并不執(zhí)行任何工作的待機模式下，降低功率損耗的需要卻似乎并不明顯。

家用設(shè)備和電源適配器的待機耗電量相當(dāng)巨大。美國勞倫斯伯克力國家實驗室估計，在美國家庭一年的總電費中，待機和空載損耗超過50億美元。據(jù)國際能源機構(gòu)(IEA)統(tǒng)計，5%至15%的家庭耗電量(因國家/地區(qū)而異)都是在待機模式下產(chǎn)生的；歐盟委員會估計歐盟地區(qū)每年約產(chǎn)生50太千瓦時(TWh)的待機耗電量。

現(xiàn)在，許多消費類產(chǎn)品OEM制造商所生產(chǎn)的電子設(shè)備都具有超低待機功耗，但真正的目標還是要盡可能地接近零功耗。Power Integrations新推出的兩款高壓MOSFET可以幫助設(shè)計師將電路中的耗能元件隔離開，從而達到優(yōu)化設(shè)計和實現(xiàn)零空載功耗的目的。

消除待機功率

此類電量的節(jié)省會對整個國家的發(fā)電站配備要求產(chǎn)生直接影響，并且，它已成為各監(jiān)管機構(gòu)所頒布的能效法規(guī)中的關(guān)鍵內(nèi)容。以電視機接收器為例，包括能源之星和歐盟生態(tài)標簽(EU Eco-Label)在內(nèi)的眾多能效計劃現(xiàn)在都將最大待機功耗規(guī)定為1瓦。作為其節(jié)能計劃的組成部分，歐盟委員會已針對用能產(chǎn)品(EuP)的待機和關(guān)斷模式損耗頒布了用能產(chǎn)品指令Lot 6。Lot 6于2009年初生效，其要求比以往更為嚴格。自2010年起，新產(chǎn)品的待機功耗必須低于1瓦。到2011年，具體數(shù)值將進一步減小，輸出功率≤ 51W的適配器將降至300mW，輸出功率> 51W的適配器將降至500mW。

2008年，在EuP Lot 6定稿時，所設(shè)定的目標值接近當(dāng)時最佳可行技術(shù)所能達到的最高水平。但是，隨著開關(guān)電源IC的快速發(fā)展，待機功耗水平現(xiàn)在已遠遠低于當(dāng)時的規(guī)定限值。許多消費類知名品牌的公司都認識到了這一情況，他們要求的功耗特性都遠遠高于各項國家標準。例如，多家大型電視機及顯示器OEM制造商都已設(shè)定了100mW的最大待機功耗限值，計算機領(lǐng)域的一些OEM制造商已設(shè)定了更低的30mW待機功耗限值。這些限值都大大低于國家能效法規(guī)的要求。

設(shè)計超低功耗的開關(guān)電源

如今的開關(guān)電源控制器IC已達到相當(dāng)先進的水平，設(shè)計周密，足以滿足待機功耗標準。電源設(shè)計師只需遵循應(yīng)用指南即可獲得可接受的設(shè)計。但要想使待機功耗達到標準的十分之一或更低，則需要更加關(guān)注細節(jié)。必須對每個電源元件進行優(yōu)化，使每次調(diào)整都能節(jié)省一定的功耗。圖1所示為典型反激式開關(guān)電源設(shè)計中需要優(yōu)化的區(qū)域。

圖1：用Power Integrations的TOPSwitch-HX優(yōu)化過的開關(guān)電源。

這款20W電源(DER-188)能夠在0.3W輸入功率下提供0.2W的待機輸出功率，在230VAC下的空載功耗極低，小于100mW。但是，如果要進一步降低待機功率，使其盡可能接近零，該怎么辦呢？