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[讨论] 提高开关电源待机效率的4个方法

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发表于 2008-8-7 14:25:16 | 显示全部楼层 |阅读模式

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切断启动电阻,降低开关频率,减小开关次数可减小开关电源待机损耗,提高待机效率。具体的方法有:降低时钟频率;由高频工作模式切换至低频工作模式,如准谐振模式(QuasiResonant,QR)切换至脉宽调制(PulseWidthModulation,PWM),脉宽调制切换至脉冲频率调制(PulseFrequencyModulation,PFM);可控脉冲模式(BurstMode)。
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    (一)切断启动电阻4 ^% e3 p0 V' q

( U$ A) W# `6 L7 j: b6 N6 O/ C* B( ~      对于反激式电源,启动后控制芯片由辅助绕组供电,启动电阻上压降为300V左右。设启动电阻取值为47kΩ,消耗功率将近2W。要改善待机效率,必须在启动后将该电阻通道切断。TOPSWITCH,ICE2DS02G内部设有专门的启动电路,可在启动后关闭该电阻。若控制器没有专门启动电路,也可在启动电阻串接电容,其启动后的损耗可逐渐下降至零。缺点是电源不能自重启,只有断开输入电压,使电容放电后才能再次启动电路。  y6 U$ U' }: o6 u) K& c
  ; e3 H6 K0 ?: A' ^/ b
    (二)降低时钟频率% h; C! R1 Y' S' u2 O& L! {8 Z
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      时钟频率可平滑下降或突降。平滑下降就是当反馈量超过某一阈值,通过特定模块,实现时钟频率的线性下降。POWER公司的TOPSwitch-GX和SG公司的SG6848芯片内置了这样的模块,能根据负载大小调节频率。! W7 z& Z% n* l) y: G) W( |
  
. i0 `5 z  E/ G' \$ O  D7 Y    (三)切换工作模式
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% t7 y8 ~3 X& o9 O7 n      1.QR→PWM。对于工作在高频工作模式的开关电源,在待机时切换至低频工作模式可减小待机损耗。例如,对于准谐振式开关电源(工作频率为几百kHz到几MHz),可在待机时切换至低频的脉宽调制控制模式PWM(几十kHz)。. Q8 O! u% t/ {$ ?
      IRIS40xx芯片就是通过QR与PWM切换来提高待机效率的。当电源处于轻载和待机时候,辅助绕组电压较小,Q1关断,谐振信号不能传输至FB端,FB电压小于芯片内部的一个门限电压,不能触发准谐振模式,电路则工作在更低频的脉宽调制控制模式。
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2 C3 W3 y$ ^/ F      2.PWM→PFM。对于额定功率时工作在PWM模式的开关电源,也可以通过切换至PFM模式提高待机效率,即固定开通时间,调节关断时间,负载越低,关断时间越长,工作频率也越低。图5是采用NS公司的LM2618控制的Buck转换器电路和分别采用PWM和PFM控制方法的效率比较曲线。由图可见,在轻载时采用PFM模式的电源效率明显大于采用PWM模式时的效率,且负载越低,PFM效率优势越明显。将待机信号加在其PW/引脚上,在额定负载条件下,该引脚为高电平,电路工作在PWM模式,当负载低于某个阈值时,该引脚被拉为低电平,电路工作在PFM模式。实现PWM和PFM的切换,也就提高了轻载和待机状态时的电源效率。. K/ ?6 |9 E* E+ o+ u2 ~; Z" ^

' V5 Y' B# m2 E      通过降低时钟频率和切换工作模式实现降低待机工作频率,提高待机效率,可保持控制器一直在运作,在整个负载范围中,输出都能被妥善的调节。即使负载从零激增至满负载的情况下,能够快速反应,反之亦然。输出电压降和过冲值都保持在允许范围内。
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    (四)可控脉冲模式(BurstMode)
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& {- D9 L2 I1 k& \      可控脉冲模式,也可称为跳周期控制模式(SkipCycleMode)是指当处于轻载或待机条件时,由周期比PWM控制器时钟周期大的信号控制电路某一环节,使得PWM的输出脉冲周期性的有效或失效,如图6所示。这样即可实现恒定频率下通过减小开关次数,增大占空比来提高轻载和待机的效率。该信号可以加在反馈通道,PWM信号输出通道,PWM芯片的使能引脚(如LM2618,L6565)或者是芯片内部模块(如NCP1200,FSD200,L6565和TinySwitch系列芯片)。' x: o. [& V) ~$ m$ ]
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      NCP1200的内部跳周期模块结构见图7,当反馈检测脚FB的电压低于1.2V(该值可编程)时,跳周期比较器控制Q触发器,使输出关闭若干时钟周期,也即跳过若干个周期,负载越轻,跳过的周期也越多。为免音频噪音,只有在峰值电流降至某个设定值时,跳周期模式才有效。$ E% s6 n3 R# \! t# l! p
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      而FSD200则是通过控制内部驱动器实现可控脉冲模式,即将脚的反馈电压与0.6V/0.5V迟滞比较器比较,由比较结果控制门极驱动输出。我们可根据此原理用分立元件实现普通芯片的BurstMode功能。控制反馈通道是实现一般PWM控制器的可控脉冲模式的方法之一。  t( Z  ]  r) x1 y$ Q' Z

0 S2 C% @1 ~6 f$ N+ ?1 c. r0 K" S      另外对于开关电源有使能脚的PWM控制器,如L6565等,用可控脉冲信号控制使能脚使控制芯片有效或失效,也可以实现BurstMode,上述BurstSignal可由迟滞比较器产生。, H5 E% L9 C2 C. q

7 W4 K3 Z  `* u: i2 B# m5 r更多相关链接:开关电源

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