如何有效实现开关电源的待机低功耗的设计方案
    引言随着能源效率和环保的日益重要,人们对开关电源待机效率期望越来越高,客户要求电源制造商提供的电源产品能满足blue angel,energy star, energy 2000等绿色能源标准,而欧盟对开关电源的要求是:到2005年,额定功率为0.3w~15w,15w~50w和50w~75w的开关电源,待机功耗需分别小于0.3w,0.5w和0.75w。而目前大多数开关电源由额定负载转入轻载和待机状态时,电源效率急剧下降,待机效率不能满足要求。这就给电源设计工程师们提出了新的挑战。开关电源功耗分析要减小开关电源待机损耗,提高待机效率,首先要分析开关电源损耗的构成。以反激式电源为例,其工作损耗主要表现为:mosfet导通损耗。mosfet寄生电容损耗开关交叠损耗,pwm控制器及其启动电阻损耗,输出整流管损耗,箝位保护电路损耗,反馈电路损耗等。其中前三个损耗与频率成正比关系,即与单位时间内器件开关次数成正比。在待机状态,主电路电流较小,mosfet导通时间ton很小,电路工作在dcm模式,故相关的导通损耗,次级整流管损耗等较小,此时损耗主要由寄生电容损耗和开关交叠损耗和启动电阻损耗构成。提高待机效率的方法根据损耗分析可知,切断启动电阻,降低开关频率,减小开关次数可减小待机损耗,提高待机效率。具体的方法有:降低时钟频率;由高频工作模式切换至低频工作模式,如准谐振模式(quasi resonant,qr)切换至脉宽调制(pulse width modulation,pwm), 脉宽调制切换至脉冲频率调制(pulse frequency modulation, pfm);可控脉冲模式(burst mode)。1、切断启动电阻对于反激式电源,启动后控制芯片由辅助绕组供电,启动电阻上压降为300v左右。设启动电阻取值为47kω,消耗功率将近2w。要改善待机效率,必须在启动后将该电阻通道切断。topswitch,ice2ds02g内部设有专门的启动电路,可在启动后关闭该电阻。若控制器没有专门启动电路,也可在启动电阻串接电容,其启动后的损耗可逐渐下降至零。缺点是电源不能自重启,只有断开输入电压,使电容放电后才能再次启动电路。而图1所示的启动电路,则可避免以上mr007客户端,而且该电路功耗仅为0.03w。不过电路增加了复杂度和成本。图1 uc3842反激式电源启动电路2、降低时钟频率时钟频率可平滑下降或突降。平滑下降就是当反馈量超过某一阈值,通过特定模块,实现时钟频率的线性下降。power公司的topswitch-gx和 sg公司的sg6848芯片内置了这样的模块,能根据负载大小调节频率,图2所示是sg6848时钟频率与其反馈电流的关系。图2 sg6848反馈电流与时钟频率的关系突降实现方法如图3:以ucc3895为例,当电源处于正常负载状态时,q1导通,其时钟周期为:当电源进入待机状态时,q1关闭,时钟周期增大为即开关频率减小。开关损耗降为降频前的(小于1)倍。l5991和infineon公司的coolset f2系列已经集成了该功能。图3如何有效实现开关电源的待机低功耗的设计方案 (2)2014-01-23 18:35:45 来源:电源网关键字:开关电源低功耗设计方案; word-wrap: break-word; text-indent: 2em; line-height: 24px; color: rgb(62, 62, 62); font-family: tahoma, arial, sans-serif; font-size: 14px; ">3、切换工作模式3.1、qr→pwm对于工作在高频工作模式的开关电源,在待机时切换至低频工作模式可减小待机损耗。例如,对于准谐振式开关电源(工作频率为几百khz到几mhz),可在待机时切换至低频的脉宽调制控制模式pwm(几十khz)。图4 由iris4015构成的qr/pwm反激式电源电路iris40xx芯片就是通过qr与pwm切换来提高待机效率的。图4是iris4015构成的反激式开关电源,重载时,辅助绕组电压大,r1分压大于 0.6v,q1导通,辅助准谐振信号经过d1,d2,r3,c2构成的延时电路到达iris4015的fb脚,内部比较器对该信号进行比较,电路工作在准谐振模式。当电源处于轻载和待机时候,辅助绕组电压较小,q1关断,谐振信号不能传输至fb端,fb电压小于芯片内部的一个门限电压,不能触发准谐振模式,电路则工作在更低频的脉宽调制控制模式。3.2、pwm→pfm对于额定功率时工作在pwm模式的开关电源,也可以通过切换至pfm模式提高待机效率,即固定开通时间,调节关断时间,负载越低,关断时间越长,工作频率也越低。图5是采用ns公司的lm2618控制的buck转换器电路和分别采用pwm和pfm控制方法的效率比较曲线。由图可见,在轻载时采用pfm 模式的电源效率明显大于采用pwm模式时的效率,且负载越低,pfm效率优势越明显。将待机信号加在其pw/引脚上,在额定负载条件下,该引脚为高电平,电路工作pwm模式,当负载低于某个阈值时,该引脚被拉为低电平,电路工作在pfm模式。实现pwm和pfm的切换,也就提高了轻载和待机状态时的电源效率。图5通过降低时钟频率和切换工作模式实现降低待机工作频率,提高待机效率,可保持控制器一直在运作,在整个负载范围中,输出都能被妥善的调节。即使负载从零激增至满负载的情况下,能够快速反应,反之亦然。输出电压降和过冲值都保持在允许范围内。4、可控脉冲模式(burst mode)可控脉冲模式,也可称为跳周期控制模式(skip cycle mode)是指当处于轻载或待机条件时,由周期比pwm控制器时钟周期大的信号控制电路某一环节,使得pwm的输出脉冲周期性的有效或失效,如图6所示。这样即可实现恒定频率下通过减小开关次数,增大占空比来提高轻载和待机的效率。该信号可以加在反馈通道,pwm信号输出通道,pwm芯片的使能引脚(如 lm2618,l6565)或者是芯片内部模块(如ncp1200,fsd200,l6565和tinyswitch系列芯片)。图6ncp1200的内部跳周期模块结构见图7,当反馈检测脚fb的电压低于1.2v(该值可编程)时,跳周期比较器控制q触发器,使输出关闭若干时钟周期,也即跳过若干个周期,负载越轻,跳过的周期也越多。为免音频噪音,只有在峰值电流降至某个设定值时,跳周期模式才有效。图7 ncp1200跳周期模块结构而fsd200则是通过控制内部驱动器实现可控脉冲模式,即将脚的反馈电压与0.6v/0.5v迟滞比较器比较,由比较结果控制门极驱动输出,其结构可见图8。我们可根据此原理用分立元件实现普通芯片的burst mode功能,即检测次级电压判断电源是否处于待机状态,通过迟滞比较器,控制芯片输出,电路如图9所示。三星平板将采用 clover trail+ 芯片谷歌眼镜vs苹果iwatch:谁将胜出谷歌眼镜加入人脸识别功能?请先考虑隐私mr007客户端传苹果调整手机战略 高端iphone 5s将有多色选择小广播每日新闻[半导体]中国与南韩ic差距扩大...[网络通信]powerwave:intel无线通...[手机便携]digitimes预测 64位智...[电源管理]处理器厂需求看涨 定...[汽车电子]碳化硅版图扩张 马达...[半导体]tsmc 20nm到了 工艺更...[测试测量]是德模块化新产品 :one...[模拟电子]fairchild coo:公司整...博文推荐访问电源参考设计库的众多理由如何构建汽车充电器何时使用 bjt 电源开关2013年ti 排名前12的电源参考设计都是谁?以太网供电设计就是这样简单为集成型 fet 欢呼访问电源参考设计库的众多理由如何构建汽车充电器何时使用 bjt 电源开关2013年ti 排名前12的电源参考设计都是谁?以太网供电设计就是这样简单精彩图片三星平板将采用 clover trail+ 芯片谷歌眼镜vs苹果iwatch:谁将胜出谷歌眼镜加入人脸识别功能?请先考虑隐私mr007客户端传苹果调整手机战略 高端iphone 5s将有多色选择推荐视频模拟电子电路视频教程cirrus控制器调光兼容最热点击变压器干燥处理方法及注意mr007客户端探...手机移动电源diy教程(图)ti推出集成型三路输出同步降压转...英飞凌30亿美元现金并购国际整流...ti最新电池管理系统可便捷应用于...无线充电突破性技术能否带来变革...电源技巧 67:使用同步整流器提高...ti推出业界最小18v efuse电源保...ir推出irfhe4250d fastirfet意法半导体推出stm32数控电源微...本周热门资源推荐eeworld独家博通cto:摩尔定律未来10年后或结束从幕后走向台前的nuancer&s公司推出高端仪表:矢量信号发生器smw200aavr架构发明人:与众不同 方能成功ti创新智能电网解决方案推动中国电网发展英特尔抢占平板电脑市场份额智能手机系统芯片(socs)依然缺乏良好的软件模型英特尔:应对大数据需经历三阶段发展arm公布2013年一季度财报,营收增26%英特尔的制造优势要远远超过你的想象论坛精华stm32 nucleo板卡智勇大闯关启动!ti 样片免费申请,晒样片赢好礼a...英特尔有奖下载之七强势登陆,奖品?..atmel sam d21 xplained pro 开发板...ti首届低功耗设计大赛之玩转msp430 ...精选博文性格内向的人面试技巧那些年,我们申请过的开发板!!--电子行业职业技能鉴定工作站espier2.00开发板上架eeworld版主规则及版主操作
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    收录时间:2014年10月18日 22:54:48 来源:电源网 作者:不详
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