離線(xiàn)式綠色電源控制芯片降低待機功耗

隨著(zhù)家用電器、視聽(tīng)產(chǎn)品的普及，辦公自動(dòng)化的廣泛應用和網(wǎng)絡(luò )化的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的產(chǎn)品具有了待機功能。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。根據國際經(jīng)濟合作組織的一項調查稱(chēng)，各國因待機而消耗的能量約占能耗總數的3％～13％。我國的待機能耗更是高于平均水平。以彩色電視機為例，測試調查表明我國電視機待機功耗的平均水平為8.07W，其中待機功耗低于3W以下的彩色電視機只占了被測彩電總量的13.4%，而9W以上的卻占了34.8%。而美國對彩色電視機待機功耗標準要求是不大于3W。目前我國城市家庭的平均待機能耗已經(jīng)占到了家庭總能耗的10%左右，相當于每個(gè)家庭使用著(zhù)一盞15~30W的“長(cháng)明燈”。待機能耗像一只隱形的吸血蟲(chóng)，在浪費能源的同時(shí)形成了巨大的環(huán)保壓力。
　　開(kāi)關(guān)電源待機功耗機理分析
　　目前，大多數200W以下的電子設備，如電源適配器、充電器、電視機和DVD等等，都是采用離線(xiàn)反激式開(kāi)關(guān)電路，將電網(wǎng)提供的85V～275V交流電轉換為電子設備所需要的直流電壓。正常工作狀態(tài)下，反激式開(kāi)關(guān)電源的損耗主要包括導通損耗和開(kāi)關(guān)損耗，以及控制電路的損耗。待機狀態(tài)下，因為系統的輸出電流接近于零，導通損耗可以忽略，開(kāi)關(guān)損耗和控制電路的損耗成為主要的系統待機功耗。降低待機功耗，應著(zhù)眼于開(kāi)關(guān)損耗和控制電路的損耗的降低。

圖1，反激式開(kāi)關(guān)電源在待機狀態(tài)下的主要損耗類(lèi)型

　　圖1給出反激式開(kāi)關(guān)電源在待機狀態(tài)下的主要損耗類(lèi)型，其中MOSFET開(kāi)關(guān)損耗、門(mén)級驅動(dòng)損耗、變壓器磁芯損耗、輸出整流管反向恢復損耗以及緩沖器損耗都屬于開(kāi)關(guān)損耗，而控制電路的損耗主要表現為啟動(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(lèi)型的開(kāi)關(guān)損耗都與開(kāi)關(guān)頻率fsw有關(guān)，降低開(kāi)關(guān)頻率可以減少開(kāi)關(guān)損耗。而啟動(dòng)電阻的損耗直接與整流后的直流母線(xiàn)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(guò)降低啟動(dòng)電流增大啟動(dòng)電阻RS的方法來(lái)降低啟動(dòng)電阻損耗。
　　目前有兩類(lèi)主要的待機節能工作方式：間歇式(skip cycle or burst mode)和降頻式(frequency reduction)。
　　降頻式通過(guò)檢測輸出功率來(lái)控制開(kāi)關(guān)頻率。當控制器檢測到輸出功率小于設定的臨界值以后，開(kāi)關(guān)頻率隨輸出功率線(xiàn)形下降以減小開(kāi)關(guān)損耗，因此輕載或無(wú)載時(shí)可以降低待機功耗。由于
　　因此在一定的電壓下降低開(kāi)關(guān)頻率可能會(huì )導致磁芯飽和的問(wèn)題，這是降頻技術(shù)的局限性。
　　間歇式的基本思想是當輸出功率小于設定的臨界值以后，控制器根據輸出功率的大小間歇式地停止輸出驅動(dòng)信號但保持開(kāi)關(guān)頻率不變，這樣可以很大程度上地降低待機功耗。待機功耗的降低程度取決于間歇時(shí)間的長(cháng)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(wèn)題。

圖2，間歇式待機控制示意圖

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

圖3，AP384xG內部框圖

　　從內部電路框圖可以看出，AP384xG與標準PWM控制器384x相比最明顯的差別在于其內部增加了一個(gè)可控電流源，通過(guò)電流源充電提高Pin CS的比較電平來(lái)實(shí)現輕載情況下的間歇式工作模式以降低待機功耗。為進(jìn)一步降低待機功耗、提高電源效率，AP384xG還特別設計了低啟動(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導通瞬間由于寄生電容放電產(chǎn)生的尖脈沖對電流取樣信號的干擾。
　　表2給出了AP384xG與標準PWM控制器AZ384xA的詳細區別?？梢钥闯?，芯片自身工作電流的減少也可以降低待機功耗。