針對綠色模式應用的自舉電路

1、引言

　　節約能源的需要極大地推動(dòng)了離線(xiàn)電源低待機功耗的發(fā)展。全球許多國家都在采用綠色模式標準。歐盟行為準則 (EU Code of Conduct) 就是一個(gè)不錯的例子，其具有非常嚴格的待機功耗規范。2001 年，歐洲的離線(xiàn)轉換器輸入待機功耗被規定在 1W 左右，到了 2007 年，大多數應用的待機功耗要求低于 0.5W。在離線(xiàn)電源中，設計人員已通過(guò)使用減少開(kāi)關(guān)損耗的準諧振轉換器及頻率返送技術(shù)滿(mǎn)足了這些規范?？墒褂玫拿宽椉夹g(shù)都將用于消除電源在待機模式下的損耗，甚至是自舉電路帶來(lái)的功耗也會(huì )使電源無(wú)法滿(mǎn)足這些嚴格的待機輸入功耗要求。該應用報告對僅在啟動(dòng)期間有一定功耗的自舉電源技術(shù)進(jìn)行了評論，并使滿(mǎn)足這些新的綠色模式規范的要求變得更輕松。

表1 2001 年至 2007 年歐盟行為準則
待機功耗
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、傳統的自舉電路

　　圖 1 顯示了一款由脈沖寬度調制器 (PWM) 控制的離線(xiàn)反向轉換器。該轉換器的輸入為一個(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。

　　設計人員可能采用的另一個(gè)方法是為連續補充充電電阻分配一個(gè)功率預算 (PLIM)，從而通過(guò) EU 規范。就這個(gè)設計例子而言，我們容許連續補充充電電阻消耗 0.1W 的最大功耗。這就需要一個(gè)大約 1.4MΩ 的連續補充充電電阻 (Rt)。這種方法唯一的問(wèn)題在于電源將需要大約 3 到 11 秒的時(shí)間開(kāi)啟電源轉換器。而這對于大多數應用來(lái)說(shuō)時(shí)間太長(cháng)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(xiàn)電源轉換器提供一個(gè)快速啟動(dòng)，同時(shí)在上電之后功耗極低，甚至沒(méi)有功耗。這就使設計人員更輕松地滿(mǎn)足待機功耗要求。該電路需要一個(gè)快速啟動(dòng)，以保持正常運行。大多數離線(xiàn)電源都具有一個(gè)電源開(kāi)關(guān) (S1)，當開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí)，其將輸入功耗迅速加載于電路。

　　該電路構成了一個(gè)定時(shí)串聯(lián)旁路穩壓器。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)穩壓器 D2 設定啟動(dòng)時(shí)的 VAUX 電壓。一旦電路暫停運行，它將被關(guān)閉，進(jìn)入無(wú)功耗模式，從而使設計人員的設計滿(mǎn)足綠色模式規范要求。當 C1 放電時(shí)，二極管 D1 將以一個(gè)負電壓保護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域內。該電路的配置并不困難，并且可以根據下列的方程式進(jìn)行配置。

　　規定了 VSHUNT 的大小，將輔助電壓 (VAUX) 設為剛好高于控制器件的 UVLO 開(kāi)啟閾值。在串聯(lián)旁通穩壓器暫停運行之前，該電壓一直為控制器件提供電源。一旦電路暫停運行，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約能源，從而使滿(mǎn)足綠色模式規范要求變得更輕松。

　　通過(guò)選用 R3，并知道并聯(lián)穩壓器 D2 的內部參考 (VREF)，可以計算出 R2 的值。

　　對電阻器 R1 的大小做出規定，以為并聯(lián)穩壓器器提供一個(gè)偏置電流 (IBIAS(D2))。應對該電阻器的大小做出規定，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)穩壓器產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)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(mǎn)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(xiàn)反向電路中，構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。該電路在試驗室中完成構建和測試。將 120V 和 375V 的 dc 應用于輸入端，對電路進(jìn)行測試。這些輸入電壓為該設計最小及最大線(xiàn)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 所示的連續補充充電電阻器技術(shù)相比，這大約快了 6 到 10 倍的時(shí)間。自舉電路在大約 400ms 后暫停運行?？梢酝ㄟ^(guò)范圍圖中的 V1 跡線(xiàn)，觀(guān)察到這一現象。

圖 4 將 375V DC 應用于輸入端進(jìn)行啟動(dòng)

6、結論

　　在離線(xiàn)電源設計中，對待機功耗要求越來(lái)越嚴格和苛刻。到 2007 年，歐盟待機功耗行為準則將其降至低于 0.5W?，F在，正使用頻率返送以及 0 電壓和 0 電流開(kāi)關(guān)技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足這些規范。設計人員需要消除任何可能的損耗，從而滿(mǎn)足這些要求。上述的自舉電路比傳統方法更為快速。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，并使設計人員更輕松地滿(mǎn)足綠色模式規范。