針對綠色模式應(yīng)用的自舉電路

1、引言

　　節(jié)約能源的需要極大地推動(dòng)了離線電源低待機(jī)功耗的發(fā)展。全球許多國家都在采用綠色模式標(biāo)準(zhǔn)。歐盟行為準(zhǔn)則 (EU Code of Conduct) 就是一個(gè)不錯(cuò)的例子，其具有非常嚴(yán)格的待機(jī)功耗規(guī)范。2001 年，歐洲的離線轉(zhuǎn)換器輸入待機(jī)功耗被規(guī)定在 1W 左右，到了 2007 年，大多數(shù)應(yīng)用的待機(jī)功耗要求低于 0.5W。在離線電源中，設(shè)計(jì)人員已通過使用減少開關(guān)損耗的準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器及頻率返送技術(shù)滿足了這些規(guī)范?？墒褂玫拿宽?xiàng)技術(shù)都將用于消除電源在待機(jī)模式下的損耗，甚至是自舉電路帶來的功耗也會(huì)使電源無法滿足這些嚴(yán)格的待機(jī)輸入功耗要求。該應(yīng)用報(bào)告對僅在啟動(dòng)期間有一定功耗的自舉電源技術(shù)進(jìn)行了評論，并使?jié)M足這些新的綠色模式規(guī)范的要求變得更輕松。

表1 2001 年至 2007 年歐盟行為準(zhǔn)則
待機(jī)功耗
輸出功耗 2001 年 1 月 2003 年 1 月 2005 年 1 月 2007 年 1 月
0W～1.5W 1.00W 0.75W 0.30W 0.150W
15W～50W 1.00W 0.75W 0.50W 0.250W
50W～60W 1.00W 0.75W 0.75W 0.375W
60W～150W 1.00W 0.75W 1.00W 0.500W

2、傳統(tǒng)的自舉電路

　　圖 1 顯示了一款由脈沖寬度調(diào)制器 (PWM) 控制的離線反向轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器的輸入為一個(gè) 85V (VIN(min)) 到 265V RMS (VIN(max)) 的通用輸入。該示意圖顯示了 PWM 控制器的偏置電壓 (VAUX) 是由一個(gè)反激式變壓器的輔助繞組提供。電阻器Rt 和 CHOLD 形成自舉電路。

　　設(shè)計(jì)人員可能采用的另一個(gè)方法是為連續(xù)補(bǔ)充充電電阻分配一個(gè)功率預(yù)算 (PLIM)，從而通過 EU 規(guī)范。就這個(gè)設(shè)計(jì)例子而言，我們?nèi)菰S連續(xù)補(bǔ)充充電電阻消耗 0.1W 的最大功耗。這就需要一個(gè)大約 1.4MΩ 的連續(xù)補(bǔ)充充電電阻 (Rt)。這種方法唯一的問題在于電源將需要大約 3 到 11 秒的時(shí)間開啟電源轉(zhuǎn)換器。而這對于大多數(shù)應(yīng)用來說時(shí)間太長了。

4、解決方案

　　可以對圖 2 中的電路進(jìn)行配置，從而為離線電源轉(zhuǎn)換器提供一個(gè)快速啟動(dòng)，同時(shí)在上電之后功耗極低，甚至沒有功耗。這就使設(shè)計(jì)人員更輕松地滿足待機(jī)功耗要求。該電路需要一個(gè)快速啟動(dòng)，以保持正常運(yùn)行。大多數(shù)離線電源都具有一個(gè)電源開關(guān) (S1)，當(dāng)開關(guān)開啟時(shí)，其將輸入功耗迅速加載于電路。

　　該電路構(gòu)成了一個(gè)定時(shí)串聯(lián)旁路穩(wěn)壓器。電氣組件 R1 和 C1 組成自舉電路的時(shí)序。電阻器 R2 、R3 以及并聯(lián)穩(wěn)壓器 D2 設(shè)定啟動(dòng)時(shí)的 VAUX 電壓。一旦電路暫停運(yùn)行，它將被關(guān)閉，進(jìn)入無功耗模式，從而使設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)滿足綠色模式規(guī)范要求。當(dāng) C1 放電時(shí)，二極管 D1 將以一個(gè)負(fù)電壓保護(hù)電路中的其他電氣組件。電阻器 R4 限制了流入 Q4 的電流，從而使晶體管保持在其安全工作區(qū)域內(nèi)。該電路的配置并不困難，并且可以根據(jù)下列的方程式進(jìn)行配置。

　　規(guī)定了 VSHUNT 的大小，將輔助電壓 (VAUX) 設(shè)為剛好高于控制器件的 UVLO 開啟閾值。在串聯(lián)旁通穩(wěn)壓器暫停運(yùn)行之前，該電壓一直為控制器件提供電源。一旦電路暫停運(yùn)行，晶體管 Q1 將關(guān)閉，同時(shí)自舉電路將不再有任何功耗并節(jié)約能源，從而使?jié)M足綠色模式規(guī)范要求變得更輕松。

　　通過選用 R3，并知道并聯(lián)穩(wěn)壓器 D2 的內(nèi)部參考 (VREF)，可以計(jì)算出 R2 的值。

　　對電阻器 R1 的大小做出規(guī)定，以為并聯(lián)穩(wěn)壓器器提供一個(gè)偏置電流 (IBIAS(D2))。應(yīng)對該電阻器的大小做出規(guī)定，以容許最少 3 到 4 倍的最小偏置電流（該最小偏置電流為并聯(lián)穩(wěn)壓器產(chǎn)品說明書的推薦值）。這一電阻器可能由若干個(gè)串聯(lián)電阻器組成，以滿足 375V 的高輸入電壓要求。

5、自舉電路性能

　　在一個(gè)配置有圖 2 中所示組件的離線反向電路中，構(gòu)建自舉電路并對其進(jìn)行測試。保持電容 (CHOLD) 為兩個(gè)并聯(lián)的 47-μF 電容。該電路在試驗(yàn)室中完成構(gòu)建和測試。將 120V 和 375V 的 dc 應(yīng)用于輸入端，對電路進(jìn)行測試。這些輸入電壓為該設(shè)計(jì)最小及最大線壓的峰值輸入電壓。測試顯示，自舉電路能夠受以大約 50ms 到 100ms 的時(shí)間為該器件供電。與圖 1 所示的連續(xù)補(bǔ)充充電電阻器技術(shù)相比，這大約快了 6 到 10 倍的時(shí)間。自舉電路在大約 400ms 后暫停運(yùn)行?？梢酝ㄟ^范圍圖中的 V1 跡線，觀察到這一現(xiàn)象。

圖 4 將 375V DC 應(yīng)用于輸入端進(jìn)行啟動(dòng)

6、結(jié)論

　　在離線電源設(shè)計(jì)中，對待機(jī)功耗要求越來越嚴(yán)格和苛刻。到 2007 年，歐盟待機(jī)功耗行為準(zhǔn)則將其降至低于 0.5W。現(xiàn)在，正使用頻率返送以及 0 電壓和 0 電流開關(guān)技術(shù)來滿足這些規(guī)范。設(shè)計(jì)人員需要消除任何可能的損耗，從而滿足這些要求。上述的自舉電路比傳統(tǒng)方法更為快速。啟動(dòng)之后，該電路也會(huì)自行關(guān)閉，這就消除了不必要的功耗，并使設(shè)計(jì)人員更輕松地滿足綠色模式規(guī)范。