開關(guān)電源功耗分析

1、開關(guān)電源功耗分析摘要：要減小開關(guān)電源待機損耗，進步待機效率，首先要分析開關(guān)電源損耗的構(gòu)成。根據(jù)損耗分析可知，切斷啟動電阻，降低開關(guān)頻率，減小開關(guān)次數(shù)可減小待機損耗，進步待機效率。本文簡要介紹進步開關(guān)電源待機效率的方法。關(guān)鍵詞：損耗開關(guān) 電源效率 構(gòu)成一、引言二、開關(guān)電源功耗分析要減小開關(guān)電源待機損耗，進步待機效率，首先要分析開關(guān)電源損耗的構(gòu)成。以反激式電源為例，其工作損耗主要表現(xiàn)為：MOSFET導(dǎo)通損耗，MOSFET寄生電容損耗，開關(guān)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，反響電路損耗等。其中前三個損耗與頻率成正比關(guān)系，即與單位時間內(nèi)器件開關(guān)次數(shù)成正比。在待機

2、狀態(tài)，主電路電流較小，MOSFET導(dǎo)通時間ton很小，電路工作在DCM形式，故相關(guān)的導(dǎo)通損耗，次級整流管損耗等較小，此時損耗主要由寄生電容損耗和開關(guān)交疊損耗和啟動電阻損耗構(gòu)成。三、進步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(guān)頻率，減小開關(guān)次數(shù)可減小待機損耗，進步待機效率。詳細的方法有：降低時鐘頻率；由高頻工作形式切換至低頻工作形式，如準(zhǔn)諧振形式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；可控脈沖形式BurstMode。一切斷啟動電阻對于反激式電源

3、，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(shè)啟動電阻取值為47kOmega;，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(shè)有專門的啟動電路，可在啟動后關(guān)閉該電阻。假設(shè)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。二降低時鐘頻率時鐘頻率可平滑下降或突降。平滑下降就是當(dāng)反響量超過某一閾值，通過特定模塊，實現(xiàn)時鐘頻率的線性下降。POWER公司的TOPSwitch-GX和SG公司的SG6848芯片內(nèi)置了這樣的模塊，能根

4、據(jù)負載大小調(diào)節(jié)頻率。三切換工作形式1.QRrarr;PWM對于工作在高頻工作形式的開關(guān)電源，在待機時切換至低頻工作形式可減小待機損耗。例如，對于準(zhǔn)諧振式開關(guān)電源工作頻率為幾百kHz到幾MHz，可在待機時切換至低頻的脈寬調(diào)制控制形式PWM幾十kHz。IRIS40 xx芯片就是通過QR與PWM切換來進步待機效率的。當(dāng)電源處于輕載和待機時候，輔助繞組電壓較小，Q1關(guān)斷，諧振信號不能傳輸至FB端，F(xiàn)B電壓小于芯片內(nèi)部的一個門限電壓，不能觸發(fā)準(zhǔn)諧振形式，電路那么工作在更低頻的脈寬調(diào)制控制形式。2.PWMrarr;PFM對于額定功率時工作在PWM形式的開關(guān)電源，也可以通過切換至PFM形式進步待機效率，即固

5、定開通時間，調(diào)節(jié)關(guān)斷時間，負載越低，關(guān)斷時間越長，工作頻率也越低。圖5是采用NS公司的LM2618控制的Buck轉(zhuǎn)換器電路和分別采用PWM和PFM控制方法的效率比擬曲線。由圖可見，在輕載時采用PFM形式的電源效率明顯大于采用PWM形式時的效率，且負載越低，PFM效率優(yōu)勢越明顯。將待機信號加在其PW/引腳上，在額定負載條件下，該引腳為高電平，電路工作在PWM形式，當(dāng)負載低于某個閾值時，該引腳被拉為低電平，電路工作在PFM形式。實現(xiàn)PWM和PFM的切換，也就進步了輕載和待機狀態(tài)時的電源效率。通過降低時鐘頻率和切換工作形式實現(xiàn)降低待機工作頻率，進步待機效率，可保持控制器一直在運作，在整個負載范圍中，

6、輸出都能被妥善的調(diào)節(jié)。即使負載從零激增至滿負載的情況下，可以快速反響，反之亦然。輸出電壓降和過沖值都保持在允許范圍內(nèi)。四可控脈沖形式BurstMode而FSD200那么是通過控制內(nèi)部驅(qū)動器實現(xiàn)可控脈沖形式，即將腳的反響電壓與0.6V/0.5V遲滯比擬器比擬，由比擬結(jié)果控制門極驅(qū)動輸出。我們可根據(jù)此原理用分立元件實現(xiàn)普通芯片的BurstMode功能?？刂品错懲ǖ朗菍崿F(xiàn)一般PWM控制器的可控脈沖形式的方法之一。另外對于有使能腳的PWM控制器，如L6565等，用可控脈沖信號控制使能腳使控制芯片有效或失效，也可以實現(xiàn)BurstMode，上述BurstSignal可由圖1中所示的遲滯比擬器產(chǎn)生。四、存在的問題以上介紹的降頻和BurstMode方法在進步待機效率的同時，也帶來一些問題，首先是頻率降低導(dǎo)致輸出電壓紋波的增加，其次假設(shè)頻率降至20kHz以內(nèi)，可能有音頻噪音。而在BurstMode的OFF時期內(nèi)，假