實(shí)現(xiàn) AC-DC 電源的極低或零待機(jī)功率
在低功耗水平下,反激式拓?fù)淇赡苁请x線設(shè)計(jì)的選擇。它是成本的隔離拓?fù)渲?,因?yàn)樗褂玫慕M件數(shù)量非常少。過去,通常使用光耦合器來調(diào)節(jié)次級側(cè)輸出,但現(xiàn)代準(zhǔn)諧振 (QR) 反激式控制器提供初級側(cè)調(diào)節(jié),使設(shè)計(jì)人員能夠完全繞過光耦合器。
初級側(cè)調(diào)節(jié)通過偏置繞組使用磁反饋來閉合反饋回路。這使其成為成本效益的隔離式離線拓?fù)渲?,因?yàn)檫B接到偏置繞組的簡單電阻分壓器就足以調(diào)節(jié)輸出電壓。本文重點(diǎn)介紹如何實(shí)現(xiàn)初級側(cè)穩(wěn)壓 QR 反激式的低待機(jī)功耗。
初級側(cè)穩(wěn)壓反激式
準(zhǔn)諧振作使用由電路寄生效應(yīng)和初級電感引起的諧振振鈴來降低開關(guān)損耗(參見圖 2:開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓)。
在變壓器的鐵芯完全消磁后(次級側(cè)電流已降至零),由初級電感和寄生開關(guān)節(jié)點(diǎn)電容中存儲的能量引起諧振振鈴??刂破鳈z測諧振振鈴的谷值并打開 MOSFET。開關(guān)頻率會發(fā)生變化,以便開關(guān)事件發(fā)生在谷值中。谷值處較低的開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓降低了開關(guān)損耗。
圖 2:開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓(初級 MOSFET 的漏源電壓)
待機(jī)電源的組成部分
總待機(jī)功率由兩個主要部分組成。
能量,每個開關(guān)周期都從輸入中獲取。
啟動電路的丟失。
輸入橋式整流器和大容量電容器的漏損也會對總損耗產(chǎn)生影響,但它們非常小(即使輸入電壓為 230VAC,通常也低于 1mW),并且只能考慮實(shí)現(xiàn)零待機(jī)功率。
寄生開關(guān)節(jié)點(diǎn)電容和緩沖網(wǎng)絡(luò)也增加了待機(jī)功率的額外損耗。
循環(huán)能量
控制器在每個開關(guān)周期從輸入中獲取的能量,稱為周期能量。盡可能低的循環(huán)能量的兩個限制因素是可控導(dǎo)通時間 ton_min和開關(guān)頻率 fsw_min.ton_min不受 Designer 的影響。這個時間主要由前沿消隱時間決定,并在數(shù)據(jù)表中給出。相反,fsw_min可由設(shè)計(jì)師選擇。通常,控制器的可能開關(guān)頻率或所需的瞬態(tài)響應(yīng)定義了 fsw_min.遺憾的是,在低待機(jī)功率和快速瞬態(tài)響應(yīng)之間存在權(quán)衡。f 越低sw_min,則待機(jī)功率越低,但這會對瞬態(tài)響應(yīng)產(chǎn)生負(fù)面影響。
為什么會這樣呢?初級側(cè)穩(wěn)壓器不會持續(xù)監(jiān)控輸出電壓。控制器在每個開關(guān)周期僅對輔助電壓進(jìn)行采樣,以控制輸出電壓。在其余時間段內(nèi),控制器是盲目的。檢測負(fù)載瞬態(tài)可能需要長達(dá)一段時間,這意味著瞬態(tài)響應(yīng)在較長的周期時間內(nèi)更差,在較低的開關(guān)頻率下也更差。
啟動電路
有一種電阻啟動方法,這會導(dǎo)致待機(jī)功率大幅增加,因?yàn)閱与娮杵鬟B接到非常高的大電壓 VBLK,允許功率在電阻器中耗散。對于低待機(jī)功耗應(yīng)用,必須使用主動啟動方法,因?yàn)榭刂破鱑CC28710(參見圖 1)。原理很簡單,通常一個 On 器件,通常是耗盡型 FET,取代啟動電阻。一旦輸出電壓上升,控制器就可以關(guān)閉啟動 FET。這大大降低了啟動電路中的損耗。
TVS 緩沖器網(wǎng)絡(luò)
對于低待機(jī)功率應(yīng)用,使用 TVS 緩沖器而不是 RCD(電阻器、電容器、二極管)緩沖器。雖然 TVS 緩沖器更昂貴,但它實(shí)現(xiàn)了更高的效率,因?yàn)樵?TVS 陰極電壓達(dá)到 Vin+Vclamp 之前,功率不會耗散。
選擇正確的二極管也非常重要 - 如果 TVS 緩沖器用于谷底開關(guān)拓?fù)?,則超快速二極管非常重要。在某些低功耗應(yīng)用中,可以放棄 snubber 網(wǎng)絡(luò)。這將進(jìn)一步降低待機(jī)功率。
寄生開關(guān)節(jié)點(diǎn)電容
寄生開關(guān)節(jié)點(diǎn)電容 C錫也會對待機(jī)功率產(chǎn)生影響。C錫是 MOSFET 的寄生電容之和 (C開源軟件)、變壓器、緩沖二極管、輸出二極管和布局。主導(dǎo)部分是 MOSFET 輸出電容 C開源軟件.每個開關(guān)周期都會產(chǎn)生能量 EIN_?(EIN_PAR= C錫*V散裝2) 存儲在 C 語言中錫.該能量的一部分耗散在開關(guān)和緩沖器中。剩余的能量被輸送到輔助和輔助輸出。降低 CSN 有助于實(shí)現(xiàn)非常低的待機(jī)功耗。
負(fù)載要求
如果循環(huán)能量沒有被吸收,則輸出電壓會失去調(diào)節(jié),如果輸出無負(fù)載,則輸出電壓會增加。通過在輸出上施加負(fù)載(通常以電阻器的形式)來防止這種情況。事實(shí)上,更大的預(yù)負(fù)載會改善瞬態(tài)響應(yīng),但會增加待機(jī)功率。如果次級側(cè)部件承受較高的輸出電壓,則可以使用非常低的負(fù)載,從而降低待機(jī)功率。
零待機(jī)功率
實(shí)現(xiàn)零待機(jī)功耗非常困難。在整個輸入電壓范圍內(nèi),沒有有源負(fù)載的損耗必須小于 5mW。必須大幅降低開關(guān)頻率才能達(dá)到這種低功耗水平。遺憾的是,降低開關(guān)頻率需要做出很大的權(quán)衡。瞬態(tài)響應(yīng)變得非常糟糕,因?yàn)榭刂破骺赡苄枰L達(dá)一段時間才能檢測到輸出電壓下降。Texas Instruments 找到了解決這個問題的方法。
它需要一些努力才能實(shí)現(xiàn)非常低的待機(jī)功率。許多組件構(gòu)成了終結(jié)果 - 從有源啟動電路和小開關(guān)節(jié)點(diǎn)電容到低開關(guān)頻率。幸運(yùn)的是,初級側(cè)控制拓?fù)洳槐靥幚砉怦詈掀骱屯獠空`差放大器的損耗。然而,即使對于初級側(cè)穩(wěn)壓控制器,實(shí)現(xiàn)零待機(jī)功率也很困難。對于大功率 AC/DC 電源,需要一種智能方法(如喚醒控制器)將待機(jī)損耗限制在 5mW 以下,從而限度地減少能源和財(cái)務(wù)浪費(fèi),例如當(dāng)手機(jī)充電器整天插著電源時。