提高開(kāi)關(guān)電源待機(jī)效率

1、摘要：分分析了開(kāi)開(kāi)關(guān)電源源待機(jī)損損耗的構(gòu)構(gòu)成，介介紹了幾幾種提高高開(kāi)關(guān)電電源待機(jī)機(jī)效率的的方法。 敘詞詞：開(kāi)關(guān)關(guān)電源，待機(jī)效效率，降降頻 ，可控脈脈沖模式式 Abbstrractt：Thhe ccompposiing of staandbby ppoweer llosss off swwitcch mmodee poowerr suupplly(SSMPSS) iis aanallyzeed, andd seeverral wayys tto iimprrovee sttanddby effficiienccy oof SSMPSS arre iintrroduucedd. KKeywword

2、d：SMMPS, sttanddby effficiienccy, redduciing freequeencyy, bbursst mmodee 1引言隨著著能源效效率和環(huán)環(huán)保的日日益重要要，人們們對(duì)開(kāi)關(guān)關(guān)電源待待機(jī)效率率期望越越來(lái)越高高，客戶(hù)戶(hù)要求電電源制造造商提供供的電源源產(chǎn)品能能滿(mǎn)足BBLUEE ANNGELL,ENNERGGY SSTARR, EENERRGY 20000等綠綠色能源源標(biāo)準(zhǔn)，而歐盟盟對(duì)開(kāi)關(guān)關(guān)電源的的要求是是：到220055年，額額定功率率為0.3W15WW，155W550W和和50WW755W的開(kāi)開(kāi)關(guān)電源源，待機(jī)機(jī)功耗需需分別小小于0.3W，0.55W和00.755W

3、。而而目前大大多數(shù)開(kāi)開(kāi)關(guān)電源源由額定定負(fù)載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)入輕載載和待機(jī)機(jī)狀態(tài)時(shí)時(shí)，電源源效率急急劇下降降,待機(jī)機(jī)效率不不能滿(mǎn)足足要求。這就給給電源設(shè)設(shè)計(jì)工程程師們提提出了新新的挑戰(zhàn)戰(zhàn)。2開(kāi)關(guān)關(guān)電源功功耗分析析要減減小開(kāi)關(guān)關(guān)電源待待機(jī)損耗耗，提高高待機(jī)效效率，首首先要分分析開(kāi)關(guān)關(guān)電源損損耗的構(gòu)構(gòu)成。以以反激式式電源為為例，其其工作損損耗主要要表現(xiàn)為為：MOOSFEET導(dǎo)通通損耗，MOSSFETT寄生電電容損耗耗，開(kāi)關(guān)關(guān)交疊損損耗，PPWM控控制器及及其啟動(dòng)動(dòng)電阻損損耗，輸輸出整流流管損耗耗，箝位位保護(hù)電電路損耗耗，反饋饋電路損損耗等。其中前前三個(gè)損損耗與頻頻率成正正比關(guān)系系，即與與單位時(shí)時(shí)間內(nèi)器器件開(kāi)關(guān)關(guān)

4、次數(shù)成成正比。在待機(jī)狀狀態(tài)，主主電路電電流較小小，MOOSFEET導(dǎo)通通時(shí)間tton很很小，電電路工作作在DCCM模式式，故相相關(guān)的導(dǎo)導(dǎo)通損耗耗，次級(jí)級(jí)整流管管損耗等等較小，此時(shí)損損耗主要要由寄生生電容損損耗和開(kāi)開(kāi)關(guān)交疊疊損耗和和啟動(dòng)電電阻損耗耗構(gòu)成。3提高高待機(jī)效效率的方方法根據(jù)據(jù)損耗分分析可知知，切斷斷啟動(dòng)電電阻，降降低開(kāi)關(guān)關(guān)頻率，減小開(kāi)開(kāi)關(guān)次數(shù)數(shù)可減小小待機(jī)損損耗，提提高待機(jī)機(jī)效率。具體的的方法有有：降低低時(shí)鐘頻頻率；由由高頻工工作模式式切換至至低頻工工作模式式，如準(zhǔn)準(zhǔn)諧振模模式（QQuassi RResoonannt，QQR）切切換至脈脈寬調(diào)制制（Puulsee Wiidthh Moo

5、dullatiion，PWMM）, 脈寬調(diào)調(diào)制切換換至脈沖沖頻率調(diào)調(diào)制（PPulsse FFreqquenncy Moddulaatioon, PFMM）；可可控脈沖沖模式（Burrst Modde）。3.1 切斷啟啟動(dòng)電阻阻對(duì)于于反激式式電源，啟動(dòng)后后控制芯芯片由輔輔助繞組組供電，啟動(dòng)電電阻上壓壓降為3300VV左右。設(shè)啟動(dòng)動(dòng)電阻取取值為447k，消耗耗功率將將近2WW。要改改善待機(jī)機(jī)效率，必須在在啟動(dòng)后后將該電電阻通道道切斷。TOPPSWIITCHH，ICCE2DDS022G內(nèi)部部設(shè)有專(zhuān)專(zhuān)門(mén)的啟啟動(dòng)電路路，可在在啟動(dòng)后后關(guān)閉該該電阻。若控制制器沒(méi)有有專(zhuān)門(mén)啟啟動(dòng)電路路，也可可在啟動(dòng)動(dòng)電阻串串

6、接電容容，其啟啟動(dòng)后的的損耗可可逐漸下下降至零零。缺點(diǎn)點(diǎn)是電源源不能自自重啟，只有斷斷開(kāi)輸入入電壓，使電容容放電后后才能再再次啟動(dòng)動(dòng)電路。而圖11所示的的啟動(dòng)電電路，則則可避免免以上問(wèn)問(wèn)題，而而且該電電路功耗耗僅為00.033W。不不過(guò)電路路增加了了復(fù)雜度度和成本本。圖1 UUC38842反反激式電電源啟動(dòng)動(dòng)電路3.2降低時(shí)時(shí)鐘頻率率 時(shí)鐘鐘頻率可可平滑下下降或突突降。平平滑下降降就是當(dāng)當(dāng)反饋量量超過(guò)某某一閾值值，通過(guò)過(guò)特定模模塊，實(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘鐘頻率的的線(xiàn)性下下降。PPOWEER公司司的TOOPSwwitcch-GGX和SSG公司司的SGG68448芯片片內(nèi)置了了這樣的的模塊，能根據(jù)據(jù)負(fù)載大大小

7、調(diào)節(jié)節(jié)頻率，圖2所所示是SSG68848時(shí)時(shí)鐘頻率率與其反反饋電流流的關(guān)系系。圖2SSG68848反反饋電流流與時(shí)鐘鐘頻率的的關(guān)系突降降實(shí)現(xiàn)方方法如圖圖3：以以UCCC38995為例例，當(dāng)電電源處于于正常負(fù)負(fù)載狀態(tài)態(tài)時(shí)，QQ1導(dǎo)通通，其時(shí)時(shí)鐘周期期為：當(dāng)電電源進(jìn)入入待機(jī)狀狀態(tài)時(shí)，Q1關(guān)關(guān)閉，時(shí)時(shí)鐘周期期增大為為即開(kāi)關(guān)頻頻率減小小。開(kāi)關(guān)關(guān)損耗降降為降頻頻前的（小于11）倍。L59991和和Inffineeon公公司的CCoollSett F22系列已已經(jīng)集成成了該功功能。3.3 切換工工作模式式 3.3.1 QQRPWMM對(duì)于于工作在在高頻工工作模式式的開(kāi)關(guān)關(guān)電源，在待機(jī)機(jī)時(shí)切換換至低頻頻工作模

8、模式可減減小待機(jī)機(jī)損耗。例如，對(duì)于準(zhǔn)準(zhǔn)諧振式式開(kāi)關(guān)電電源（工工作頻率率為幾百百kHzz到幾MMHz），可在在待機(jī)時(shí)時(shí)切換至至低頻的的脈寬調(diào)調(diào)制控制制模式PPWM（幾十kkHz）。IRRIS440 xxx芯片就就是通過(guò)過(guò)QR與與PWMM切換來(lái)來(lái)提高待待機(jī)效率率的。圖圖4是IIRISS40115構(gòu)成成的反激激式開(kāi)關(guān)關(guān)電源，重載時(shí)時(shí)，輔助助繞組電電壓大，R1分分壓大于于0.66V，QQ1導(dǎo)通通，輔助助準(zhǔn)諧振振信號(hào)經(jīng)經(jīng)過(guò)D11,D22,R33,C22構(gòu)成的的延時(shí)電電路到達(dá)達(dá)IRIIS40015的的FB腳腳，內(nèi)部部比較器器對(duì)該信信號(hào)進(jìn)行行比較，電路工工作在準(zhǔn)準(zhǔn)諧振模模式。當(dāng)當(dāng)電源處處于輕載載和待機(jī)機(jī)時(shí)候

9、，輔助繞繞組電壓壓較小，Q1關(guān)關(guān)斷，諧諧振信號(hào)號(hào)不能傳傳輸至FFB端，F(xiàn)B電電壓小于于芯片內(nèi)內(nèi)部的一一個(gè)門(mén)限限電壓，不能觸觸發(fā)準(zhǔn)諧諧振模式式，電路路則工作作在更低低頻的脈脈寬調(diào)制制控制模模式。圖4 由由IRIIS40015構(gòu)構(gòu)成的QQR/PPWM反反激式電電源電路路3.3.2 PPWMPFMM 對(duì)于于額定功功率時(shí)工工作在PPWM模模式的開(kāi)開(kāi)關(guān)電源源，也也可以通通過(guò)切換換至PFFM模式式提高待待機(jī)效率率，即固固定開(kāi)通通時(shí)間，調(diào)節(jié)關(guān)關(guān)斷時(shí)間間，負(fù)載載越低，關(guān)斷時(shí)時(shí)間越長(zhǎng)長(zhǎng)，工作作頻率也也越低。圖5是是采用NNS公司司的LMM26118控制制的Buuck轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器電電路和分分別采用用PWMM和PFFM

10、控制制方法的的效率比比較曲線(xiàn)線(xiàn)。由圖圖可見(jiàn)，在輕載載時(shí)采用用PFMM模式的的電源效效率明顯顯大于采采用PWWM模式式時(shí)的效效率，且且負(fù)載越越低，PPFM效效率優(yōu)勢(shì)勢(shì)越明顯顯。將待待機(jī)信號(hào)號(hào)加在其其PW/引腳上，在額定定負(fù)載條條件下，該引腳腳為高電電平，電電路工作作在PWWM模式式，當(dāng)負(fù)負(fù)載低于于某個(gè)閾閾值時(shí)，該引腳腳被拉為為低電平平，電路路工作在在PFMM模式。實(shí)現(xiàn)PPWM和和PFMM的切換換，也就就提高了了輕載和和待機(jī)狀狀態(tài)時(shí)的的電源效效率。通過(guò)過(guò)降低時(shí)時(shí)鐘頻率率和切換換工作模模式實(shí)現(xiàn)現(xiàn)降低待待機(jī)工作作頻率，提高待待機(jī)效率率，可保保持控制制器一直直在運(yùn)作作，在整整個(gè)負(fù)載載范圍中中，輸出出都能

11、被被妥善的的調(diào)節(jié)。即使負(fù)負(fù)載從零零激增至至滿(mǎn)負(fù)載載的情況況下，能能夠快速速反應(yīng)，反之亦亦然。輸輸出電壓壓降和過(guò)過(guò)沖值都都保持在在允許范范圍內(nèi)。3.4可控脈脈沖模式式（Buurstt Moode）可控控脈沖模模式，也也可稱(chēng)為為跳周期期控制模模式（SSkipp Cyyclee Moode）是指當(dāng)當(dāng)處于輕輕載或待待機(jī)條件件時(shí)，由由周期比比PWMM控制器器時(shí)鐘周周期大的的信號(hào)控控制電路路某一環(huán)環(huán)節(jié)，使使得PWWM的輸輸出脈沖沖周期性性的有效效或失效效，如圖圖6所示示。這樣樣即可實(shí)實(shí)現(xiàn)恒定定頻率下下通過(guò)減減小開(kāi)關(guān)關(guān)次數(shù)，增大占占空比來(lái)來(lái)提高輕輕載和待待機(jī)的效效率。該該信號(hào)可可以加在在反饋通通道，PPWM

12、信信號(hào)輸出出通道，PWMM芯片的的使能引引腳（如如LM226188,L665655）或者者是芯片片內(nèi)部模模塊(如如NCPP12000，F(xiàn)FSD2200，L65565和和TinnySwwitcch系列列芯片)。圖6 BBursst MModee控制信信號(hào)與驅(qū)驅(qū)動(dòng)信號(hào)號(hào)圖NCCP12200的的內(nèi)部跳跳周期模模塊結(jié)構(gòu)構(gòu)見(jiàn)圖77，當(dāng)反反饋檢測(cè)測(cè)腳FBB的電壓壓低于11.2VV（該值值可編程程）時(shí)，跳周期期比較器器控制QQ觸發(fā)器器，使輸輸出關(guān)閉閉若干時(shí)時(shí)鐘周期期，也即即跳過(guò)若若干個(gè)周周期，負(fù)負(fù)載越輕輕，跳過(guò)過(guò)的周期期也越多多。為免免音頻噪噪音，只只有在峰峰值電流流降至某某個(gè)設(shè)定定值時(shí)，跳周期期模式才才有

13、效。圖7 NNCP112000跳周期期模塊結(jié)結(jié)構(gòu)而FFSD2200則則是通過(guò)過(guò)控制內(nèi)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)可控脈脈沖模式式，即將將腳的反饋饋電壓與與0.66V/00.5VV遲滯比比較器比比較，由由比較結(jié)結(jié)果控制制門(mén)極驅(qū)驅(qū)動(dòng)輸出出，其結(jié)結(jié)構(gòu)可見(jiàn)見(jiàn)圖8。我們可可根據(jù)此此原理用用分立元元件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)普通芯芯片的BBursst MModee功能，即檢測(cè)測(cè)次級(jí)電電壓判斷斷電源是是否處于于待機(jī)狀狀態(tài)，通通過(guò)遲滯滯比較器器，控制制芯片輸輸出，電電路如圖圖9所示示?？刂浦品答佂ㄍǖ朗菍?shí)實(shí)現(xiàn)一般般PWMM控制器器的可控控脈沖模模式的方方法之一一。其電電路可見(jiàn)見(jiàn)圖100，是 反饋信號(hào)號(hào)，當(dāng)BBursst SSignnal為為低電平平時(shí)，QQ1關(guān)斷斷，電路正常常工作，當(dāng)Buurstt Siignaal為低低電平時(shí)時(shí)，Q11導(dǎo)通，R1被被短路，流過(guò)Q11，被拉高至至 -0.66V，反反饋信號(hào)號(hào) 不能反映映在 上，控制制器因此此輸出低低電平。另外外對(duì)于有有使能腳腳的PWWM控制制器，如如L65565等等，用可可控脈沖沖信號(hào)控控制使能能腳使控控制芯片片有效或或失效，也可以以實(shí)現(xiàn)BBursst MModee，上述述Burrst Siggnall可由圖圖1中所所示的遲遲滯比較較器產(chǎn)生生。圖10 控制反反饋通道道的Buurstt Moode4存在在的問(wèn)題題以上上介紹的的降頻和和Burrst Modde方