2022年效率管理提高开关电源待机效率

本文格式为Word版，下载可任意编辑——2022年(效率管理）提高开关电源待机效率摘要分析了开关电源待机损耗的构成，介绍了几种提高开关电源待机效率的方法。

叙词开关电源，待机效率，降频，可控脉冲模式AbstractThecomposingofstandbypowerlossofswitchmodepowersupplySMPSisanalyzed,andseveralwaystoimprovestandbyefficiencyofSMPSareintroduced.KeywordSMPS,standbyefficiency,reducingfrequency,burstmode1引言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供给的电源产品能得志BLUEANGEL,ENERGYSTAR,ENERGY2000等绿色能源标准，而欧盟对开关电源的要求是到2022年，额定功率为0.3W15W，15W50W和50W75W的开关电源，待机功耗需分别小于0.3W，0.5W和0.75W。而目前大多数开关电源由额定负载转入轻载和待机状态时，电源效率急剧下降,待机效率不能得志要求。这就给电源设计工程师们提出了新的挑战。

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操纵器及其启动电阻损耗，输出整流管损耗，箝位养护电路损耗，反应电路损耗等。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。概括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（QuasiResonant，QR）切换至脉宽调制（PulseWidthModulation，PWM）,脉宽调制切换至脉冲频率调制（PulseFrequencyModulation,PFM）；

可控脉冲模式（BurstMode）。

3.1切断启动电阻对于反激式电源，启动后操纵芯片由辅佐绕组供电，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，务必在启动后将该电阻通道切断。TOPSWITCH，ICE2DS02G内部设有特意的启动电路，可在启动后关闭该电阻。若操纵器没有特意启动电路，也可在启动电阻串接电容，其启动后的损耗可逐步下降至零。缺点是电源不能自重启，只有断开输入电压，使电容放电后才能再次启动电路。而图1所示的启动电路，那么可制止以上问题，而且该电路功耗仅为0.03W。不过电路增加了繁杂度和本金。

图1UC3842反激式电源启动电路3.2降低时钟频率时钟频率可平滑下降或突降。平滑下降就是当反应量超过某一阈值，通过特定模块，实现时钟频率的线性下降。POWER公司的TOPSwitch-GX和SG公司的SG6848芯片内置了这样的模块，能根据负载大小调理频率，图2所示是SG6848时钟频率与其反应电流的关系。

图2SG6848反应电流与时钟频率的关系突降实现方法如图3以UCC3895为例，当电源处于正常负载状态时，Q1导通，其时钟周期为当电源进入待机状态时，Q1关闭，时钟周期增大为即开关频率减小。开关损耗降为降频前的（小于1）倍。L5991和Infineon公司的CoolSetF2系列已经集成了该功能。

3.3切换工作模式3.3.1QR→PWM对于工作在高频工作模式的开关电源，在待机时切换至低频工作模式可减小待机损耗。例如，对于准谐振式开关电源（工作频率为几百kHz到几MHz），可在待机时切换至低频的脉宽调制操纵模式PWM（几十kHz）。

IRIS40xx芯片就是通过QR与PWM切换来提高待机效率的。图4是IRIS4015构成的反激式开关电源，重载时，辅佐绕组电压大，R1分压大于0.6V，Q1导通，辅佐准谐振信号经过D1,D2,R3,C2构成的延时电路到达IRIS4015的FB脚，内部对比器对该信号举行对比，电路工作在准谐振模式。当电源处于轻载和待机时候，辅佐绕组电压较小，Q1关断，谐振信号不能传输至FB端，FB电压小于芯片内部的一个门限电压，不能触发准谐振模式，电路那么工作在更低频的脉宽调制操纵模式。

图4由IRIS4015构成的QR/PWM反激式电源电路3.3.2PWM→PFM对于额定功率时工作在PWM模式的开关电源，，也可以通过切换至PFM模式提高待机效率，即固定开通时间，调理关断时间，负载越低，关断时间越长，工作频率也越低。图5是采用NS公司的LM2618操纵的Buck转换器电路和分别采用PWM和PFM操纵方法的效率对比曲线。由图可见，在轻载时采用PFM模式的电源效率明显大于采用PWM模式时的效率，且负载越低，PFM效率优势越明显。将待机信号加在其PW/引脚上，在额定负载条件下，该引脚为高电平，电路工作在PWM模式，当负载低于某个阈值时，该引脚被拉为低电平，电路工作在PFM模式。实现PWM和PFM的切换，也就提高了轻载和待机状态时的电源效率。

通过降低时钟频率和切换工作模式实现降低待机工作频率，提高待机效率，可保持操纵器一向在运作，在整个负载范围中，输出都能被合理的调理。即使负载从零激增至满负载的处境下，能够快速回响，反之亦然。输出电压降和过冲值都保持在允许范围内。

3.4可控脉冲模式（BurstMode）可控脉冲模式，也可称为跳周期操纵模式（SkipCycleMode）是指当处于轻载或待机条件时，由周期比PWM操纵器时钟周期大的信号操纵电路某一环节，使得PWM的输出脉冲周期性的有效或失效，如图6所示。这样即可实现恒定频率下通过减小开关次数，增大占空比来提高轻载和待机的效率。该信号可以加在反应通道，PWM信号输出通道，PWM芯片的使能引脚（如LM2618,L6565）或者是芯片内部模块如NCP1200，FSD200，L6565和TinySwitch系列芯片。

图6BurstMode操纵信号与驱动信号图NCP1200的内部跳周期模块布局见图7，当反应检测脚FB的电压低于1.2V（该值可编程）时，跳周期对比器操纵Q触发器，使输出关闭若干时钟周期，也即跳过若干个周期，负载越轻，跳过的周期也越多。为免音频噪音，只有在峰值电流降至某个设定值时，跳周期模式才有效。

图7NCP1200跳周期模块布局而FSD200那么是通过操纵内部驱动器实现可控脉冲模式，即将脚的反应电压与0.6V/0.5V迟滞对比器对比，由对比结果操纵门极驱动输出，其布局可见图8。我们可根据此原理用分立元件实现普遍芯片的BurstMode功能，即检测次级电压判断电源是否处于待机状态，通过迟滞对比器，操纵芯片输出，电路如图9所示。

操纵反应通道是实现一般PWM操纵器的可控脉冲模式的方法之一。其电路可见图10，是反应信号，当BurstSignal为低电平日，Q1关断，电路正常工作，当BurstSignal为低电平日，Q1导通，R1被短路，流过Q1，被拉高至-0.6V，反应信号不能反映在上，操纵器因此输出低电平。

另外对于有使能脚的PWM操纵器，如L6565等，用可控脉冲信号操纵使能脚使操纵芯片有效或失效，也可以实现BurstMode，上述BurstSignal可由图1中所示的迟滞对比器产生。

图10操纵反应通道的BurstMode4存在的问题以上介绍的降频和BurstMode方