开关电源能耗分析及提高待机效率的方法

发布日期:2019-02-18 11:07,查看次数:76

  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。

  2、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。

  3、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,如准谐振模式切换至脉宽调制, 脉宽调制切换至脉冲频率调制;可控脉冲模式。

  3.1 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。

  3.2 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。

  3.3 切换工作模式

  4 存在的问题

  以上介绍的降频和Burst Mode方法在提高待机效率的同时,也带来一些问题,首先是频率降低导致输出电压纹波的增加,其次如果频率降至20kHz以内,可能有音频噪音。而在Burst Mode的OFF时期内,如果负载激增,输出电压会大大降低,如果输出电容不够大,电压甚至可能降低至零。如果增大输出电容,以减小输出电压纹波,则会导致成本增加,并会影响系统动态性能。

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