提高有功模式效率以满足“能源之星”要求.doc

提高有功模式效率以满足“能源之星”要求    电器设备在关断或没有运行主要功能时,其耗电量被称为待机功耗。一个设备一整年下来的耗电量可达约8600Wh,若待机功耗能减小1W,就相当于1美元/年的能源成本。尽管待机功耗看似微不足道,但如果考虑到家庭里所有电子设备的累积效应,这个数目就很可观了。美国家庭在这方面的能源成本每年就高达30亿美元左右,占美国住宅总用电量的近7%。例如,从图1所示的典型机顶盒(STB),我们可以看到整个系统里有许多子电路。其中,AC/DC适配器采用AC电力线输入,然后输出一个DC电压,为红色框里的STB供电。STB还包含了一个DC/DC功率部件,可把AC/DC电源输出的DC电压转换为众多更低的电压,供数字处理器和不同外设的连接所用。图1机顶盒(STB)的典型模块示意图机顶盒系统机顶盒系统包含有大量不同的子电路,其中每一个都可在待机模式下被关断,以降低总功耗。为了通过“能源之星”的认证,AC/DC适配器必须满足最低满载效率要求,而且空载功耗小于500mW。STB要通过“能源之星”认证,必须确保睡眠模式下的功耗小于1W。所有目标就是通过以下措施提高有功模式下的效率,降低待机功耗的。1关注架构级的改进,判断系统何时处于低功耗状态,采取措施提高效率。2提高元器件性能以优化最低功耗。下面我们将从AC/DC部分开始分析,接下来是DC/DC和数字处理器部分。表1是一个采用普通输入,输出电压为32V,总输出功率为20W的典型反激式设计的损耗计算。该表表明,我们必须把关注焦点放在降低损耗上。变压器损耗从表1可看出,人们很容易忽略掉变压器损耗,而把注意力集中在缓冲电路、二极管以及MOSFET的损耗上。虽然所有这些损耗都非常重要,但缓冲电路损耗是由变压器的初级和次级绕组之间的松耦合(loosecoupling)引起的,要降低缓冲电路损耗,实际上应该从变压器设计着手。通过优化绕组层的排列,可在初级和次级端之间形成更紧密的耦合,而且有效减少缓冲电路的能量泄漏,从而使互耦合(mutualcoupling)得以改进。磁性元件是总电源损耗的主要原因,对于频率很低的满负载模式和PFM模式,采用损耗较低的材料,加之正确的绕组排列,可以同时降低磁芯损耗和AC损耗,最终提高电源效率。在任何AC/DC反激式适配器设计中,由于加载的VIN很大,为了降低开关损耗,设计人员不得不采用较低的工作频率,这就给变压器带来了高压使用的问题。因此初级线圈需要很大的匝数,以使磁通量密度保持在其饱和点以下的某个合理水平。在空载条件下,另一