挑戰更低待機功耗，NXP專(zhuān)家來(lái)支招

　　節能減排已經(jīng)成為全球的大趨勢，在這一個(gè)趨勢下，現在，除了把電子設備運行時(shí)的功耗降低外，標準組織、半導體廠(chǎng)商也在把電子設備的待機功耗進(jìn)一步，以節省更多的能耗和資金，數年前，如果說(shuō)要將電子設備待機個(gè)功耗降低到幾十毫瓦，很多人會(huì )你認為是瘋狂的想法，而現在這已經(jīng)成為現實(shí)，而且，實(shí)際上，這還有進(jìn)一步降低的空間，近日，恩智浦半導體資深產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理張錫亮分享了降低功耗的四個(gè)重要舉措。

　　待機功耗=驚人的浪費

　　據張錫亮介紹，數據顯示，平均下來(lái)，每個(gè)家庭每年僅在制冷、白家電、小家電等方面的支出就占到了40%左右，從待機功耗上測試，家庭電視機頂盒在一天待機狀態(tài)下的耗電量為0.131度，一個(gè)月按照30天算就是3.93度電，一年按365天算就是47.82度電，按照目前一度電0.52元計算，一年將多支出電費24.87元。

　　如果按每個(gè)筆記本每天待機功耗0.5W計算，每年消耗的電能和資金就是

　　200M*0.5W*365*24=876，000M Wattage/Hour=876M度=4，380MNT$=931.9MRMB=9億3千萬(wàn)人民幣！

　　如果按每個(gè)手機充電器待機功耗0.3W來(lái)計算，每年都消耗就是：

　　1500M*0.3W*365*24=3，942，000M wattage/hour =3，942M度=19，710MNT$=4，194MRMB=41億9千萬(wàn)人民幣

　　可見(jiàn)待機功耗造成的浪費是非常驚人的！實(shí)際上，在日常生活中，我們是經(jīng)常把電腦、筆記本、電視機、機頂盒、充電器置于待機狀態(tài)的，所以這些消耗是實(shí)實(shí)在在發(fā)生的。

　　針對待機功耗驚人的浪費，標準組織早就著(zhù)手制定嚴格的規定，這是歐盟的能效星級標準

　　能源之星也有類(lèi)似的規定，不過(guò)張錫亮表示，這個(gè)規定還不夠嚴苛，所以他預計能源之星會(huì )出臺更嚴苛的標準。

　　降低功耗的四大舉措

　　面對嚴格的待機功耗標準需求，半導體廠(chǎng)商各出奇招，努力降低待機功耗，張錫亮分享了NXP的四大舉措，就是：

　　1、采用burst模式提供輕載時(shí)的效率

　　所謂的Burst Mode就是間歇振蕩模式，是降低待機損耗的常用手段，當開(kāi)關(guān)頻率降低到20K附近的時(shí)候如果還要繼續減小損耗，就可以進(jìn)入Busrt mode，此時(shí)的開(kāi)關(guān)波形是振一會(huì )停一會(huì )，這樣就可以進(jìn)一步減小開(kāi)關(guān)損耗。張錫亮解釋說(shuō)，從下圖可以看出，電源的損耗在低功耗時(shí)主要由開(kāi)關(guān)損耗來(lái)主導，可以用burst模式來(lái)降低損耗，不過(guò)，他說(shuō)要注意選擇一個(gè)好的效率平衡點(diǎn)。

　　BURST 模式的主要是通過(guò)對電感電流峰值最小值的鉗位來(lái)實(shí)現的。使能BURST 模式要將MODE接低電平，讓BL」RST信號通過(guò)選擇器到SLEEP。

　　BURST 模式的具體工作過(guò)程見(jiàn)下圖，在輕載時(shí)，主功率管對負載是過(guò)充的，電感充向負載的電流大于負載電流，多余的電流就流向輸出大電容，這導致輸出電壓的升高。V而的升高到Bt）RST遲滯比較器的高值時(shí)，輸出BUSRr信號翻轉，傳輸至SLEEP信號，關(guān)斷主功率管，等電感電流反向時(shí)關(guān)斷同步管，同時(shí)還關(guān)斷系統中其他的大部分電路，使靜態(tài)功耗降低。當主功率管被關(guān)斷，負載電流由輸出濾波電容提供，所以輸出電壓下降，當降到BURST遲滯比較器的低值時(shí)，BUSRf信號使能主功率管，系統重新進(jìn)入峰值電流鉗位狀態(tài)工作。高負載用同步整流輕負載的情況下效率要高。

　　2、在高負載時(shí)采用同步整流技術(shù)

　　同步整流是采用通態(tài)電阻極低的專(zhuān)用功率MOSFET，來(lái)取代整流二極管以降低整流損耗的一項新技術(shù)，它能大大提高DC/DC變換器的效率并且不存在由肖特基勢壘電壓而造成的死區電壓。因為功率MOSFET屬于電壓控制型器件，它在導通時(shí)的伏安特性呈線(xiàn)性關(guān)系。用功率MOSFET做整流器時(shí)，要求柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能，故稱(chēng)之為同步整流。

　　實(shí)際上，開(kāi)關(guān)電源的損耗主要由3部分組成：功率開(kāi)關(guān)管的損耗，高頻變壓器的損耗，輸出端整流管的損耗。在低電壓、大電流輸出的情況下，整流二極管的導通壓降較高，輸出端整流管的損耗尤為突出?？旎謴投O管（FRD）或超快恢復二極管（SRD）可達1.0～1.2V，即使采用低壓降的肖特基二極管（SBD），也會(huì )產(chǎn)生大約0.6V的壓降，這就導致整流損耗增大，電源效率降低。

　　目前筆記本電腦普遍采用3.3V甚至1.8V或1.5V的供電電壓，所消耗的電流可達20A。此時(shí)超快恢復二極管的整流損耗已接近甚至超過(guò)電源輸出功率的50%。即使采用肖特基二極管，整流管上的損耗也會(huì )達到（18%～40%）PO，占電源總損耗的60%以上。因此，傳統的二極管整流電路已無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)現低電壓、大電流開(kāi)關(guān)電源高效率及小體積的需要，成為制約DC/DC變換器提高效率的瓶頸。

　　3、采用SOI工藝提升系統能效

　　實(shí)際上，NXP 的Green chip芯片都是采用了其獨有的SOI工藝和設計，可以大幅度提升電源系統的能效，與普通電源相比，可以節能達20～30％，NXP的MOSFET也是采用這個(gè)工藝技術(shù)，可以將導通電阻做的很低。

　　4、采用Multi mode 實(shí)現能效的均衡

　　這實(shí)際上是一種變頻的技術(shù)，具體說(shuō)來(lái)，就是在重負載下，減小PWM的頻率，這樣把開(kāi)關(guān)損耗降到最低，還可以減少EMI。

　　在輕負載時(shí)，則關(guān)掉PFC轉換器，提升能效，這是通過(guò)輕載是降低反激式開(kāi)關(guān)電源頻率來(lái)實(shí)現的，另外，張錫亮也表示可以在反饋環(huán)路中接一個(gè)更高歐姆值的梯形電阻來(lái)降低輕載時(shí)的損耗。

　　他也指出，在降低待機功耗的時(shí)候要注意消除噪聲

　　目前NXP green chip芯片的待機功耗測試指標

　　NXP融合了上述四種技術(shù)的各類(lèi)控制器產(chǎn)品

　　未來(lái)，待機功耗標準會(huì )越來(lái)越嚴格，半導體廠(chǎng)商還會(huì )從哪些途徑降低待機功耗？張錫亮表示，NXP已經(jīng)研發(fā)出了新的技術(shù)來(lái)降低待機功耗，這個(gè)技術(shù)預計在今年下半年發(fā)布。有興趣的可以關(guān)注下。