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大功率開關電源降低功耗的技術方法

鉅大LARGE  |  點擊量:1188次  |  2020年05月15日  

隨著能源效率和環(huán)保的日益重要,人們對開關電源待機效率期望越來越高,客戶要求電源制造商供應的電源產(chǎn)品能滿足BLUEANGEL,ENERGYSTAR,ENERGY2000等綠色能源標準,而歐盟對開關電源的要求是:到2005年,額定功率為0.3W~15W,15W~50W和50W~75W的開關電源,待機功耗需分別小于0.3W,0.5W和0.75W。


目前大多數(shù)開關電源由額定負載轉(zhuǎn)入輕載和待機狀態(tài)時,電源效率急劇下降,待機效率不能滿足要求。這就給電源設計工程師們提出了新的挑戰(zhàn)。


開關電源功耗分析


要減小開關電源待機損耗,提高待機效率,首先要分析開關電源損耗的構成。以反激式電源為例,其工作損耗重要表現(xiàn)為:MOSFET導通損耗MOSFET導通損耗


在待機狀態(tài),主電路電流較小,MOSFET導通時間ton很小,電路工作在DCM模式,故相關的導通損耗,次級整流管損耗等較小,此時損耗重要由寄生電容損耗和開關交疊損耗和啟動電阻損耗構成。


開關交疊損耗,pWM控制器及其啟動電阻損耗,輸出整流管損耗,箝位保護電路損耗,反饋電路損耗等。其中前三個損耗與頻率成正比關系,即與單位時間內(nèi)器件開關次數(shù)成正比。


提高開關電源待機效率的方法


根據(jù)損耗分析可知,切斷啟動電阻,降低開關頻率,減小開關次數(shù)可減小待機損耗,提高待機效率。具體的方法有:降低時鐘頻率;由高頻工作模式切換至低頻工作模式,如準諧振模式(QuasiResonant,QR)切換至脈寬調(diào)制(pulseWidthModulation,pWM),脈寬調(diào)制切換至脈沖頻率調(diào)制(pulseFrequencyModulation,pFM);可控脈沖模式(BurstMode)。


切斷啟動電阻


關于反激式電源,啟動后控制芯片由輔助繞組供電,啟動電阻上壓降為300V左右。設啟動電阻取值為47kΩ,消耗功率將近2W。要改善待機效率,必須在啟動后將該電阻通道切斷。TOpSWITCH,ICE2DS02G內(nèi)部設有專門的啟動電路,可在啟動后關閉該電阻。若控制器沒有專門啟動電路,也可在啟動電阻串接電容,其啟動后的損耗可逐漸下降至零。缺點是電源不能自重啟,只有斷開輸入電壓,使電容放電后才能再次啟動電路。


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