提高開關(guān)電源待機(jī)效率的方法
摘要:分析了開關(guān)電源待機(jī)損耗的構(gòu)成,介紹了幾種提高開關(guān)電源待機(jī)效率的方法。 敘詞:開關(guān)電源,待機(jī)效率,降頻 ,可控脈沖模式 Abstract:The composing of standby power loss of switch mode power supply(SMPS) is analyzed, and several ways to improve standby efficiency of SMPS are introduced. Keyword:SMPS, standby efficiency, reducing frequency, burst mode
1 引言
隨著能源效率和環(huán)保的日益重要,人們對開關(guān)電源待機(jī)效率期望越來越高,客戶要求電源制造商提供的電源產(chǎn)品能滿足BLUE ANGEL,ENERGY STAR, ENERGY 2000等綠色能源標(biāo)準(zhǔn),而歐盟對開關(guān)電源的要求是:到2005年,額定功率為0.3W~15W,15W~50W和50W~75W的開關(guān)電源,待機(jī)功耗需分別小于0.3W,0.5W和0.75W。而目前大多數(shù)開關(guān)電源由額定負(fù)載轉(zhuǎn)入輕載和待機(jī)狀態(tài)時(shí),電源效率急劇下降,待機(jī)效率不能滿足要求。這就給電源設(shè)計(jì)工程師們提出了新的挑戰(zhàn)。
2 開關(guān)電源功耗分析
要減小開關(guān)電源待機(jī)損耗,提高待機(jī)效率,首先要分析開關(guān)電源損耗的構(gòu)成。以反激式電源為例,其工作損耗主要表現(xiàn)為:MOSFET導(dǎo)通損耗,MOSFET寄生電容損耗,開關(guān)交疊損耗,PWM控制器及其啟動電阻損耗,輸出整流管損耗,箝位保護(hù)電路損耗,反饋電路損耗等。其中前三個(gè)損耗與頻率成正比關(guān)系,即與單位時(shí)間內(nèi)器件開關(guān)次數(shù)成正比。
在待機(jī)狀態(tài),主電路電流較小,MOSFET導(dǎo)通時(shí)間ton很小,電路工作在DCM模式,故相關(guān)的導(dǎo)通損耗,次級整流管損耗等較小,此時(shí)損耗主要由寄生電容損耗和開關(guān)交疊損耗和啟動電阻損耗構(gòu)成。
根據(jù)損耗分析可知,切斷啟動電阻,降低開關(guān)頻率,減小開關(guān)次數(shù)可減小待機(jī)損耗,提高待機(jī)效率。具體的方法有:降低時(shí)鐘頻率;由高頻工作模式切換至低頻工作模式,如準(zhǔn)諧振模式(Quasi Resonant,QR)切換至脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation,PWM), 脈寬調(diào)制切換至脈沖頻率調(diào)制(Pulse Frequency Modulation, PFM);可控脈沖模式(Burst Mode)。
3.1 切斷啟動電阻
對于反激式電源,啟動后控制芯片由輔助繞組供電,啟動電阻上壓降為300V左右。設(shè)啟動電阻取值為47kΩ,消耗功率將近2W。要改善待機(jī)效率,必須在啟動后將該電阻通道切斷。TOPSWITCH,ICE2DS02G內(nèi)部設(shè)有專門的啟動電路,可在啟動后關(guān)閉該電阻。若控制器沒有專門啟動電路,也可在啟動電阻串接電容,其啟動后的損耗可逐漸下降至零。缺點(diǎn)是電源不能自重啟,只有斷開輸入電壓,使電容放電后才能再次啟動電路。而圖1所示的啟動電路,則可避免以上問題,而且該電路功耗僅為0.03W。不過電路增加了復(fù)雜度和成本。
圖1 UC3842反激式電源啟動電路
評論