超低功耗开关电源设计.doc

超低功耗开关电源设计[图片]
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Jing 2010年12月01日 08:32 阅读(2) 评论(0) 分类:个人日记
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要想减缓人类在能源使用过程中对环境所造成的影响,最有效方式就是降低产品的功耗。降低带载功耗是最明显的需要。但在产品并不执行任何工作的待机模式下,降低功率损耗的需要却似乎并不明显。
家用设备和电源适配器的待机耗电量相当巨大。美国劳伦斯伯克力国家实验室估计,在美国家庭一年的总电费中,待机和空载损耗超过50亿美元。据国际能源机构(IEA)统计,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;欧盟委员会估计欧盟地区每年约产生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有超低待机功耗,但真正的目标还是要尽可能地接近零功耗。Power Integrations新推出的两款高压MOSFET可以帮助设计师将电路中的耗能元件隔离开,从而达到优化设计和实现零空载功耗的目的。
消除待机功率
此类电量的节省会对整个国家的发电站配备要求产生直接影响,并且,它已成为各监管机构所颁布的能效法规中的关键内容。以电视机接收器为例,包括能源之星和欧盟生态标签(EU Eco-Label)在内的众多能效计划现在都将最大待机功耗规定为1瓦。作为其节能计划的组成部分,欧盟委员会已针对用能产品(EuP)的待机和关断模式损耗颁布了用能产品指令Lot 6。Lot 6于2009年初生效,其要求比以往更为严格。自2010年起,新产品的待机功耗必须低于1瓦。到2011年,具体数值将进一步减小,输出功率≤ 51W的适配器将降至300mW,输出功率》 51W的适配器将降至500mW。
2008年,在EuP Lot 6定稿时,所设定的目标值接近当时最佳可行技术所能达到的最高水平。但是,随着开关电源IC的快速发展,待机功耗水平现在已远远低于当时的规定限值。许多消费类知名品牌的公司都认识到了这一情况,他们要求的功耗特性都远远高于各项国家标准。例如,多家大型电视机及显示器OEM制造商都已设定了100mW的最大待机功耗限值,计算机领域的一些OEM制造商已设定了更低的30mW待机功耗限值。这些限值都大大低于国家能效法规的要求。
设计超低功耗的开关电源
如今的开关电源控制器IC已达到相当先进的水平,设计周密,足以满足待机功耗标准。电源设计师只需遵循应用指南即可获得可接受的设计。但要想使待机功耗达到标准的十分之一或更低,则需要更加关注细节。必须对每个电源元件进行优化,使每次调整都能节省一定的功耗。图1所示为典型反激式开关电源设计中需要优化的区域。

图1:用Power Integrations的TOPSwitch-HX优化过的开关电源。
这款20W电源(DER-188),在230VAC下的空载功耗极低,小于100mW。但是,如果要进一步降低待机功率,使其尽可能接近零,该怎么办呢?
首先会想到的元件是输入滤波器。该元件始终与市电电源直接相连,因此这里的任何电流消耗都必须消除。电阻R1和R2也比较突出,因为它们直接跨接在输入两端,且与X电容C1并联。