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威尼斯app官方-威尼斯app官方专家-威尼斯app官方-威尼斯app官方功耗分析

发布者:威尼斯app官方-威尼斯app官方厂    发布时间:2019-01-10
威尼斯app官方-威尼斯app官方专家-威尼斯app官方-威尼斯app官方功耗分析 一、引言
  随着能源效率和环保的日益重要,人们对威尼斯app官方-威尼斯app官方待机效率希望越来越高,客户要求威尼斯app官方-威尼斯app官方制造商提供的威尼斯app官方-威尼斯app官方产品能满变压器厂家足BLUEANGEL,ENERGYSTAR,ENERGY2000等绿色能源标准,而欧盟对威尼斯app官方-威尼斯app官方的要求是:到2005年,额定功率为0.3W~15W,15W~50W和50W~75W的威尼斯app官方-威尼斯app官方,待机功耗需分别小于0.3W,0.5W和0.75W.而目前大多数威尼斯app官方-威尼斯app官方由额定负载转入轻载和待机状态时,威尼斯app官方-威尼斯app官方效率急剧下降,待机效率不能满足要求。这就给威尼斯app官方-威尼斯app官方设计工程师们提出了新的挑战。
  二、威尼斯app官方-威尼斯app官方功耗分析
  要减小威尼斯app官方-威尼斯app官方待机损耗,提高待机效率,首先要分析威尼斯app官方-威尼斯app官方损耗的构成。以反激式威尼斯app官方-威尼斯app官方为例,其工作损耗主要表现为:MOSFET导通损耗,MOSFET寄生电容损耗,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交叠损耗和启动电阻损耗构成。
  三、提高待机效率的方法
  根据损耗分析可知,切断启动电阻,降低频率,减小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)。
  (一)切断启动电阻
  对于反激式威尼斯app官方-威尼斯app官方,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。缺点是威尼斯app官方-威尼斯app官方不能自重启,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。POWER企业的TOPSwitch-GX和SG企业的SG6848芯片内置了这样的模块,能根据负载大小调节频率。
  (三)切换工作模式

  1.QR→PWM对于工作在高频工作模式的威尼斯app官方-威尼斯app官方,在待机时切换至低频工作模式可减小待机损耗。例如,对于准谐振式威尼斯app官方-威尼斯app官方(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控制模式PWM(几十kHz)。
 IRIS40xx芯片就是通过QR与PWM切换来提高待机效率的。当威尼斯app官方-威尼斯app官方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,不能触发准谐振模式,电路则工作在更低频的脉宽调制控制模式。
  2.PWM→PFM
  对于额定功率时工作在PWM模式的威尼斯app官方-威尼斯app官方,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企业的LM2618控制的Buck转换器电路和分别采用PWM和PFM控制方法的效率比较曲线。由图可见,在轻载时采用PFM模式的威尼斯app官方-威尼斯app官方效率明显大于采用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威尼斯app官方-威尼斯app官方效率。
  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,能够快速反应,反之亦然。输出电压降和过冲值都保持在允许范围内。
  (四)可控脉冲模式(BurstMode)
  可控脉冲模式,也可称为跳周期控制模式(SkipCycleMode)是指当处于轻载或待机条件时,由周期比PWM控制器时钟周期大的信号控制电路某一环节,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。该信号可以加在反馈通道,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)。
  NCP1200的内部跳周期模块结构见图7,当反馈检测脚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。
  而FSD200则是通过控制内部器实现可控脉冲模式,即将脚的反馈电压与0.6V/0.5V迟滞比较器比较,由比较结果控制门极输出。大家可根据此原理用分立元件实现普通芯片的BurstMode功能。控制反馈通道是实现一般PWM控制器的可控脉冲模式的方法之一。
  另外对于有使能脚的PWM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BurstMode,上述BurstSignal可由图1中所示的迟滞比较器产生。
  四、存在的问题
  以上先容的降频和BurstMode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BurstMode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。因此必须综合考虑。

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