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大功率开关电源降低功耗的技术方法

钜大LARGE  |  点击量:30次  |  2020年05月15日  

摘要
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2005年,额定功率为0.3W~15W,15W~50W ...

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应的电源产品能满足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。


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,待机效率不能满足要求。这就给电源设计工程师们提出了新的挑战。


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,其工作损耗重要表现为:MOSFET导通损耗MOSFET导通损耗


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,此时损耗重要由寄生电容损耗和开关交叠损耗和启动电阻损耗构成。


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。


提高开关电源待机效率的方法


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(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)。


切断启动电阻


关于反激式电源,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。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。


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