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超低功耗开关电源设计

发布日期:2022-12-01 00:13

本文摘要:要想要减慢人类在能源用于过程中对环境所导致的影响,最有效地方式就是减少产品的功耗。减少带载功耗是最显著的必须。 但在产品并不继续执行任何工作的待机模式下,减少功率损耗的必须却或许并不显著。 家用设备和电源适配器的待机耗电量非常极大。美国劳伦斯伯克力国家实验室估算,在美国家庭一年的总电费中,待机和3组损耗多达50亿美元。

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要想要减慢人类在能源用于过程中对环境所导致的影响,最有效地方式就是减少产品的功耗。减少带载功耗是最显著的必须。

但在产品并不继续执行任何工作的待机模式下,减少功率损耗的必须却或许并不显著。  家用设备和电源适配器的待机耗电量非常极大。美国劳伦斯伯克力国家实验室估算,在美国家庭一年的总电费中,待机和3组损耗多达50亿美元。

据国际能源机构(IEA)统计资料,5%至15%的家庭耗电量(因国家/地区而异)都是在待机模式下产生的;欧盟委员会估算欧盟地区每年大约产生50太千瓦时(TWh)的待机耗电量。  现在,许多消费类产品OEM制造商所生产的电子设备都具备超低待机功耗,但确实的目标还是要尽量地相似零功耗。

PowerIntegrations新的发售的两款高压MOSFET可以协助设计师将电路中的耗电元件隔离开,从而超过优化设计和构建零3组功耗的目的。  避免待机功率  此类电量的节省不会对整个国家的发电站配有拒绝产生直接影响,并且,它已沦为各监管机构所施行的能效法规中的关键内容。以电视机接收器为事例,还包括能源之星和欧盟生态标签(EUEco-Label)在内的众多能效计划现在都将仅次于待机功耗规定为1瓦。

作为其节约能源计划的组成部分,欧盟委员会已针对用能产品(EuP)的待机和变频器模式损耗施行了用能产品指令Lot6。Lot6于2009年初生效,其拒绝比以往更加严苛。自2010年起,新产品的待机功耗必需高于1瓦。

到2011年,明确数值将更进一步增大,输出功率le;51W的适配器将降到300mW,输出功率》51W的适配器将降到500mW。  2008年,在EuPLot6定稿时,所原作的目标值相似当时最佳不切实际技术所能超过的最低水平。但是,随着开关电源IC的较慢发展,待机功耗水平现在已相比之下高于当时的规定限值。

许多消费类知名品牌的公司都认识到了这一情况,他们拒绝的功耗特性都相比之下低于各项国家标准。例如,多家大型电视机及显示器OEM制造商都已原作了100mW的仅次于待机功耗限值,计算机领域的一些OEM制造商已原作了更加较低的30mW待机功耗限值。这些限值都大大高于国家能效法规的拒绝。  设计超强低功耗的开关电源  如今的开关电源控制器IC已超过非常先进设备的水平,设计周密,不足以符合待机功耗标准。

电源设计师只需遵循应用于指南才可取得可拒绝接受的设计。但要想要使待机功耗超过标准的十分之一或更加较低,则必须更为注目细节。

必需对每个电源元件展开优化,使每次调整都能节省一定的功耗。图1右图为典型反激式开关电源设计中必须优化的区域。    图1:用PowerIntegrations的TOPSwitch-HX优化过的开关电源。

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  这款20W电源(DER-188)需要在0.3W输出功率下获取0.2W的待机输出功率,在230VAC下的3组功耗极低,大于100mW。但是,如果要更进一步减少待机功率,使其尽量相似零,该怎么办呢?  首先不会想起的元件是输出滤波器。该元件一直与市电电源必要连接,因此这里的任何电流消耗都必需避免。电阻R1和R2也比较突出,因为它们必要跨接在输出两端,且与X电容C1并联。

如果电源已断电,插入瞬间的市电电压不会保有为电容中的直流电荷,因此不存在于电源插头插槽。由于不存在潜在的电击风险,安规机构规定电容值低于100nF的电容的自动静电时间常数必需大于1秒。

电阻R1和R2的起到就是对电容C1展开静电。这两个电阻一般来说以串联方式相连,以便超过安规机构的单点故障测试拒绝。  从功率支出的角度来看,这些电阻的不存在是近于不适合的,因为无论电源否工作,它们都会持续消耗功率。

在右图的应用于中,输出滤波器用于100nF的电容C1设计而出,因此不必须用于这些电阻。但减小电容容量有相当大的益处:可以适当增大扼流圈L1,从而节省尺寸、重量和成本。

但对于1mu;F的电容来说,R1和R2的总值将必需超过1M?的最大值。在230VAC输出下,电阻将倒数消耗53mW的功率。  避免电流消耗  要想要构建待机电流相似零的目标,就必需寻找能避免R1和R2倒数电流消耗的解决方案。PowerIntegrations新的发售的CAPZeroIC可以精彩构建这一点。

图2右图为CAPZero在典型应用于中的用于情况。    图2:CAPZero的典型应用于。  每款CAPZero器件皆使用构建AC损耗检测器和背靠背MOSFET的SO-8PCB。

当不存在AC输出电压时,CAPZero维持重开状态,挡住电流转入静电通路,避免功率损耗。AC电压消失后,CAPZero打开,接上电阻,容许输出滤波电容静电。CAPZero通过AC线路自行供电,在230VAC输出时功耗高于5mW。  CAPZero有两种电压等级(825V和1kV)和八个电流额定值(从0.25mA到2.5mA)。

在必要跨接市电电源的情况下,CAPZero的高压浪涌抵抗能力变得至关重要。在大部分消费类产品应用于中,825VCAPZero器件可以与金属氧化物压敏电阻(MOV)一起用于。对于浪涌拒绝高达3kV的应用于,可以将1kVCAPZero器件与MOV因应用于。  图3叙述了CAPZero器件在极端条件下的工作情况。

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在该测试中,AC输出相连牢固,以便在触点产生电弧。测试表明,CAPZero器件会因电弧的再次发生而维持“锁存变频器”,而且,它可以精确检测AC功率损耗并在AC断电后对X电容展开安全性静电。    图3:CAPZero265VAC/50Hz,3组;VIN100V/div。

  CAPZero可以有效地隔绝电阻R1和R2,使设计师需要权利优化C1、L1和其他输出滤波元件的值。在减小X电容值同时不减少功耗的情况下,可以更进一步增大共模/差模扼流圈的值,甚至省却此类元件。这样不仅能节省空间和成本,而且还可以提升电源效率。

  在避免市电输出的电流消耗之后,接下来必须避免电路中的那些即使在待机状态下也不会倒数消耗功率的其他元件的电流消耗。在较高功率应用于中,在高压母线与功率因数校正(PFC)和DC/DC转换器的电源控制器之间有可能不存在多条信号通路。

例如还包括PFC系统中相连降压控制器的前馈或对系统信号通路,以及双电源相反/LLC/半桥和全桥转换器中的前馈信号通路。PI的第二款新产品是SENZero,它可以在不必须这些信号通路时将它们隔绝,从而避免不必要的功率损耗。

SENZero的典型应用于如图4右图。    图4:SENZero的典型应用于。  在该应用于中,内部栅极驱动和维护电路在检测到VCC插槽电压后,向内部的650VMOSFET获取栅极驱动信号。

这种非常简单配备将系统VCC母线用于SENZero的输出末端,可精彩构建到现有系统中。VCC母线在电源转入待机模式后变频器,从而变频器SENZero器件的MOSFET,使每个通路中的功耗大幅度减少到500mu;W以下。

  通过用于像CAPZero和SENZero这样的创意器件,电源设计师才可大幅度减少3组和待机模式下的功耗水平。如果主流电源使用这些待机功耗相接近于零的设计,那么它们在生产一起也不会显得经济不切实际。对于欧盟委员会来说,构建在2020年之前将欧盟待机耗电量完全减少75%的目标是一件非常容易的事情。


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