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1、开关电源功耗分析摘要：要减小开关电源待机损耗，进步待机效率，首先要分析开关电源损耗的构成。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，进步待机效率。本文简要介绍进步开关电源待机效率的方法。关键词：损耗开关电源效率构成一、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提供的电源产品能满足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0.315，1550和5075的开关电源，待机功耗需分别小于0.3，0.5和0.75.而目前大多数开关电源由额定负
2、载转入轻载和待机状态时，电源效率急剧下降，待机效率不能满足要求。这就给电源设计工程师们提出了新的挑战。二、开关电源功耗分析要减小开关电源待机损耗，进步待机效率，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：SFET导通损耗，SFET寄生电容损耗，开关交叠损耗，P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，反响电路损耗等。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，SFET导通时间tn很小，电路工作在D形式，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。三
3、、进步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，进步待机效率。详细的方法有：降低时钟频率；由高频工作形式切换至低频工作形式，如准谐振形式QuasiResnant，QR切换至脉宽调制Pulseidthdulatin，P，脉宽调制切换至脉冲频率调制PulseFrequenydulatin，PF；可控脉冲形式Burstde。一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47k，消耗功率将近2.要改善待机效率，必须在启动后将该电阻通道切断。TPSITH，IE2DS02G内部设有专门的启动电路，可在
4、启动后关闭该电阻。假设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。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。二降低时钟频率时钟频率可平滑下降或突降。平滑下降就是当反响量超过某一阈值，通过特定模块，实现时钟频率的线性下降。PER公司的TPSith-GX和SG公司的SG6848芯片内置了这样的模块，能根据负载大小调节频率。三切换工作形式1.QRP对于工作在高频工作形式的开关电源，在待机时切换至低频工作形式可减小待机损耗。例如，对于准谐振式开关电源工作频率为几百kHz到几Hz，可在待机时切换至低频的脉宽调制控制形式P几十kHz。转贴于论文
5、联盟.ll.IRIS40xx芯片就是通过QR与P切换来进步待机效率的。当电源处于轻载和待机时候，辅助绕组电压较小，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，不能触发准谐振形式，电路那么工作在更低频的脉宽调制控制形式。2.PPF对于额定功率时工作在P形式的开关电源，也可以通过切换至PF形式进步待机效率，即固定开通时间，调节关断时间，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L2618控制的Buk转换器电路和分别采用P和PF控制方法的效率比较曲线。由图可见，在轻载时采用PF形式的电源效率明显大于采用P形式时的效率，且负载越低，PF效率优势越明显。将待
6、机信号加在其P/引脚上，在额定负载条件下，该引脚为高电平，电路工作在P形式，当负载低于某个阈值时，该引脚被拉为低电平，电路工作在PF形式。实现P和PF的切换，也就进步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形式实现降低待机工作频率，进步待机效率，可保持控制器一直在运作，在整个负载范围中，输出都能被妥善的调节。即使负载从零激增至满负载的情况下，可以快速反响，反之亦然。输出电压降和过冲值都保持在允许范围内。四可控脉冲形式Burstde可控脉冲形式，也可称为跳周期控制形式Skipylede是指当处于轻载或待机条件时，由周期比P控制器时钟周期大的信号控制电路某一环节，使得P的输出脉冲周
7、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，增大占空比来进步轻载和待机的效率。该信号可以加在反响通道，P信号输出通道，P芯片的使能引脚如L2618，L6565或者是芯片内部模块如NP1200，FSD200，L6565和TinySith系列芯片。NP1200的内部跳周期模块构造见图7，当反响检测脚FB的电压低于1.2V该值可编程时，跳周期比较器控制Q触发器，使输出关闭假设干时钟周期，也即跳过假设干个周期，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，跳周期形式才有效。而FSD200那么是通过控制内部驱动器实现可控脉冲形式，即将脚的反响电压与0
8、.6V/0.5V迟滞比较器比较，由比较结果控制门极驱动输出。我们可根据此原理用分立元件实现普通芯片的Burstde功能。控制反响通道是实现一般P控制器的可控脉冲形式的方法之一。另外对于有使能脚的P控制器，如L6565等，用可控脉冲信号控制使能脚使控制芯片有效或失效，也可以实现Burstde，上述BurstSignal可由图1中所示的迟滞比较器产生。四、存在的问题以上介绍的降频和Burstde方法在进步待机效率的同时，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，其次假设频率降至20kHz以内，可能有音频噪音。而在Burstde的FF时期内，假设负载激增，输出电压会大大降低，假设输出电容不够大，电压甚至可能降低至零。假设增大输出电容，以减小输出电压纹波，那么会导致本钱增加，并会影响系统动态性能。因此必须综合考虑。转贴于论文联盟.ll.
